RU2338764C2 - Composite polymer material for functional coatings and method of depositing it - Google Patents
Composite polymer material for functional coatings and method of depositing it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2338764C2 RU2338764C2 RU2006129951/04A RU2006129951A RU2338764C2 RU 2338764 C2 RU2338764 C2 RU 2338764C2 RU 2006129951/04 A RU2006129951/04 A RU 2006129951/04A RU 2006129951 A RU2006129951 A RU 2006129951A RU 2338764 C2 RU2338764 C2 RU 2338764C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- thermoplastic
- polyamide
- polymer
- layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологии полимерных функциональных материалов и может быть использовано в машиностроении для нанесения покрытий на детали узлов машин, механизмов и транспортных систем, прежде всего, трубопроводов для перекачки нефтепродуктов.The invention relates to the field of polymer functional materials technology and can be used in mechanical engineering for coating parts of machine parts, mechanisms and transport systems, primarily pipelines for pumping petroleum products.
Полимерные покрытия различного состава наносят на детали узлов машин и механизмов для обеспечения заданных функций - снижения износа, уменьшения коэффициента трения, обеспечения необходимых изоляционных параметров, коррозионной стойкости и т.п. (Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционные материалы на основе дисперсных полимеров. - Минск: Наука и техника. - 1992. - С.256). В качестве полимерной матрицы используют полиамиды, полиацетали, полиолефины, полиуретаны и другие термопластичные и термоэластопластичные матрицы. Для обеспечения заданных функциональных характеристик покрытий в состав полимерных матриц вводят наполнители и модификаторы: порошки оксидов, металлов, сухих смазок и другие компоненты.Polymer coatings of various compositions are applied to parts of machine assemblies and mechanisms to provide specified functions - reduce wear, reduce friction coefficient, provide the necessary insulation parameters, corrosion resistance, etc. (Dovgyalo V.A., Yurkevich O.R. Composite materials based on dispersed polymers. - Minsk: Science and technology. - 1992. - P.256). As the polymer matrix, polyamides, polyacetals, polyolefins, polyurethanes and other thermoplastic and thermoplastic elastomers are used. To ensure the specified functional characteristics of coatings, fillers and modifiers are introduced into the composition of polymer matrices: powders of oxides, metals, dry lubricants and other components.
К числу наиболее распространенных способов нанесения функциональных полимерных покрытий, наряду с растворной технологией, относится технология псевдоожиженного слоя, согласно которой можно наносить покрытия различного состава на металлические детали.Among the most common methods of applying functional polymer coatings, along with mortar technology, is the fluidized bed technology, according to which it is possible to apply coatings of various compositions to metal parts.
В различных отраслях современной промышленности широко применяют трубопроводные системы для транспортирования технологических сред: воды и водных растворов, пара, нефти и нефтепродуктов и т.п. Для обеспечения функциональных параметров трубопроводов их соединительные элементы - фланцы - должны иметь специальные уплотнительные детали, которые обеспечивают герметичность стыка. При транспортировании углеводородных сред по трубопроводам возможно образование электрического заряда и явление электрического пробоя, что может привести к неблагоприятным последствиям. Для предотвращения этого явления используют специальные электроизолирующие прокладки, которые размещают между фланцами трубопровода для предотвращения протекания электрического заряда между элементами системы, а на фланцы наносят полимерные покрытия.In various sectors of modern industry, pipeline systems are widely used for transporting technological media: water and aqueous solutions, steam, oil and oil products, etc. To ensure the functional parameters of pipelines, their connecting elements - flanges - must have special sealing parts that ensure the tightness of the joint. When transporting hydrocarbon media through pipelines, the formation of an electric charge and the phenomenon of electrical breakdown are possible, which can lead to adverse consequences. To prevent this phenomenon, special insulating gaskets are used, which are placed between the flanges of the pipeline to prevent the flow of electric charge between the elements of the system, and polymer coatings are applied to the flanges.
Одним из вариантов решения задачи обеспечения необходимой герметичности и изолированности фланцевого стыка трубопровода является нанесение функциональных покрытий определенной толщины на рабочие поверхности соединения. При этом покрытие должно сочетать высокие показатели адгезионной прочности к металлам, деформативности и стойкости к электрическому пробою. Сочетание таких взаимоисключающих показателей в одном покрытии при нанесении его по обычной технологии является труднодостижимым. Поэтому применяют сочетание полимерного покрытия на фланцах и полимерного уплотнительного элемента (Патент РФ на изобретение №2174637. Диэлектрическое фланцевое соединение трубопровода. F16L 25/03, 2001).One of the solutions to the problem of ensuring the necessary tightness and isolation of the flange joint of the pipeline is the application of functional coatings of a certain thickness on the working surfaces of the connection. In this case, the coating should combine high adhesion strength to metals, deformability and resistance to electrical breakdown. The combination of such mutually exclusive indicators in one coating when applying it using conventional technology is difficult to achieve. Therefore, a combination of a polymer coating on the flanges and a polymer sealing element is used (RF Patent for the invention No. 2174637. Dielectric flange connection of the pipeline. F16L 25/03, 2001).
Известен состав композиционного материала для нанесения полимерных покрытий на рабочие поверхности деталей различных узлов машин и механизмов. Композиционный материал на основе полиамида 6 содержит углеродный модификатор, состоящий из смеси графитоподобной и алмазоподобной модификаций углерода детонационного синтеза. Покрытие из данного композиционного материала, которое наносят методом псевдоожиженного слоя, обладает достаточно высокой адгезией к металлическим подложкам и износостойкостью (Патент РФ на изобретение №2223304. Композиционный материал для узлов трения автомобильных агрегатов. С10М 169/04, C08L 77/00, 2002). В случае применения данного покрытия в качестве изолирующего элемента возможен пробой при сравнительно небольшом электрическом напряжении вследствие наличия в составе электропроводных частиц наноуглерода.The known composition of the composite material for applying polymer coatings on the working surfaces of parts of various nodes of machines and mechanisms. A composite material based on polyamide 6 contains a carbon modifier consisting of a mixture of graphite-like and diamond-like detonation synthesis carbon modifications. The coating of this composite material, which is applied by the fluidized bed method, has a sufficiently high adhesion to metal substrates and wear resistance (RF Patent for the invention No. 2223304. Composite material for friction assemblies of automobile units. C10M 169/04, C08L 77/00, 2002). In the case of applying this coating as an insulating element, breakdown is possible at a relatively low voltage due to the presence of nanocarbon in the composition of the electrically conductive particles.
Известен композиционный материал для триботехнических покрытий, который содержит полиамид 6, углеродный наполнитель и полиолефин (Патент РФ на изобретение №2219212. Композиционный материал для триботехнических покрытий. С09Д 177/02, 5/03, 2003). Покрытие обладает высокой износостойкостью в сочетании с достаточной адгезионной прочностью в соединениях с металлами и низким коэффициентом трения при нанесении методом псевдоожиженного слоя. Недостатком такого покрытия является низкая деформативность, снижающая его герметизирующие возможности, относительно невысокая электрическая прочность вследствие наличия углеродсодержащего наполнителя - наноуглерода и углеродного волокна.Known composite material for tribological coatings, which contains polyamide 6, a carbon filler and a polyolefin (RF Patent for the invention No. 2219212. Composite material for tribological coatings. C09D 177/02, 5/03, 2003). The coating has high wear resistance in combination with sufficient adhesive strength in compounds with metals and a low coefficient of friction when applied by the fluidized bed method. The disadvantage of this coating is its low deformability, which reduces its sealing capabilities, and relatively low dielectric strength due to the presence of a carbon-containing filler — nanocarbon and carbon fiber.
Прототипом изобретения в части состава является композиционный триботехнический материал на основе полиамида 6, который содержит полимерный модификатор и дисперсную добавку (порошок графита, наноуглерода, дисульфида молибдена) (Патент РФ №2228347, С09Д 177/00, С10М 161/00, 2002). Покрытия из такого материала наносят методом псевдоожиженного слоя. Покрытие обладает высокой износостойкостью в сочетании с низким коэффициентом трения. Однако при использовании его в качестве изолирующего и уплотнительного обнаружено, что он не обладает необходимым сочетанием деформативности и электрической стойкости вследствие того, что полиамид 6, используемый в качестве матрицы, вследствие влагопоглощения изменяет свои электрические характеристики и является достаточно жестким конструкционным материалом.The prototype of the invention in terms of composition is a composite tribotechnical material based on polyamide 6, which contains a polymer modifier and a dispersed additive (graphite powder, nanocarbon, molybdenum disulfide) (RF Patent No. 2228347, С09Д 177/00, С10М 161/00, 2002). Coatings of such a material are applied by the fluidized bed method. The coating has high wear resistance combined with a low coefficient of friction. However, when using it as an insulating and sealing one, it was found that it does not have the necessary combination of deformability and electrical resistance due to the fact that the polyamide 6 used as a matrix changes its electrical characteristics due to moisture absorption and is a rather rigid structural material.
Прототипом изобретения в части способа нанесения покрытий является способ с использованием псевдоожиженного слоя (Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционные материалы на основе дисперсных полимеров. - Минск: Наука и техника. - 1992. - С.256). Согласно этому способу материал для покрытий в виде смеси порошков помещают на пористую мембрану установки, через которую подают осушенный поток воздуха, который переводит смесь в состояние воздушной суспензии, т.н. «состояние псевдоожиженного слоя». Деталь, нагретую до определенной температуры, помещают в псевдоожиженный слой. При этом частицы композиционного материала осаждаются на поверхность, полимерный компонент при этом оплавляется и формирует покрытие. Толщину покрытия регулируют временем выдержки нагретой детали в псевдоожиженном слое и температурой детали. Данный способ технологически достаточно прост и позволяет наносить покрытие на детали различной массы и конфигурации. По этому способу наносят покрытия согласно указанным выше составам композиционных материалов, которые рассматриваются в качестве аналогов и прототипа.The prototype of the invention in terms of the coating method is a method using a fluidized bed (Dovgyalo VA, Yurkevich OR Composite materials based on dispersed polymers. - Minsk: Science and technology. - 1992. - P.256). According to this method, the coating material in the form of a mixture of powders is placed on the porous membrane of the installation, through which a dried stream of air is supplied, which puts the mixture into a state of air suspension, the so-called "Fluidized bed state." A part heated to a certain temperature is placed in a fluidized bed. In this case, the particles of the composite material are deposited on the surface, while the polymer component is melted and forms a coating. The coating thickness is controlled by the exposure time of the heated part in the fluidized bed and the temperature of the part. This method is technologically simple enough and allows you to apply coating to parts of various weights and configurations. By this method, coatings are applied according to the above compositions of composite materials, which are considered as analogues and prototype.
Недостатком данного способа является ограниченный марочный ассортимент составов, которые могут быть использованы для нанесения покрытий подобным способом. Например, при введении в состав компонентов, значительно отличающихся по удельному весу, наблюдается сепарация состава, которая приводит к негомогенности покрытия. Другим недостатком способа является трудность регулирования состава покрытия по толщине при нанесении покрытия за одну технологическую операцию, т.к. все компоненты одновременно осаждаются на нагретую поверхность.The disadvantage of this method is the limited branded range of compositions that can be used for coating in a similar way. For example, when introducing components that differ significantly in specific gravity, separation of the composition is observed, which leads to inhomogeneity of the coating. Another disadvantage of this method is the difficulty of regulating the composition of the coating by thickness when applying the coating in one technological operation, because all components are simultaneously deposited on a heated surface.
Задачами изобретения являются увеличение показателей стойкости к электрическому пробою и деформативности покрытия, а также разработка способа его нанесения, обеспечивающего заданный градиент показателей по толщине, при котором наружный слой покрытия обладает повышенной деформативностью, а внутренний - повышенной прочностью и необходимой адгезией к металлам. При этом оба слоя обеспечивают заданную электрическую прочность покрытия в целом.The objectives of the invention are to increase the resistance to electrical breakdown and deformability of the coating, as well as to develop a method of applying it, providing a given gradient of indicators in thickness, in which the outer layer of the coating has increased deformability, and the inner one has increased strength and the necessary adhesion to metals. In this case, both layers provide a given electric strength of the coating as a whole.
Поставленные задачи решаются тем, что в составе композиционного полимерного функционального покрытия, включающего полимерный компонент, дисперсную добавку и полимерное связующее полиамид 6, в качестве полимерного компонента используют смесь термопласта и термоэластопласта, в качестве дисперсной добавки - природный силикат при следующем соотношении компонентов, мас.%:The tasks are solved in that in the composition of the composite polymer functional coating comprising a polymer component, a dispersed additive and a polymeric binder polyamide 6, a mixture of thermoplastic and thermoplastic elastomer is used as a polymer component, natural silicate is used as a dispersed additive in the following ratio of components, wt.% :
а функциональное покрытие формируют способом окунания нагретой металлической подложки в псевдоожиженный слой композиционного полимерного материала с последующим оплавлением осажденного слоя при температуре, превышающей температуру плавления полимерной матрицы, при этом формирование функционального покрытия осуществляют в два этапа последовательным нанесением слоев на металлическую подложку, нагретую до температуры 240-300°С, причем на первом этапе на нагретой до температуры 270-300°С подложке формируют слой заданной толщины из состава композиционного материала на основе полиамида 6, включающего смесь термопласта и термоэластопласта и природный силикат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:and a functional coating is formed by dipping a heated metal substrate into a fluidized bed of a composite polymer material, followed by melting the deposited layer at a temperature higher than the melting temperature of the polymer matrix, while the formation of a functional coating is carried out in two stages by sequential deposition of layers on a metal substrate heated to a temperature of 240- 300 ° C, and in the first stage, a layer of a given thickness is formed from the composition on a substrate heated to a temperature of 270-300 ° C composite material based on polyamide 6, comprising a mixture of thermoplastic and a thermoplastic elastomer and natural silicate, in the following ratio, wt.%:
а на втором этапе на сформированный слой, находящийся в расплавленном состоянии при температуре 240-270°С, наносят второй слой заданной толщины из псевдоожиженного состава на основе термоэластопласта, включающего смесь полиамида 6 и термопласта и природный силикат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:and at the second stage, a second layer of a given thickness of a fluidized composition based on thermoplastic elastomer, including a mixture of polyamide 6 and thermoplastic and natural silicate, is applied to the formed layer in the molten state at a temperature of 240-270 ° C, in the following ratio, wt.% :
а затем охлаждают сформированное покрытие на воздухе.and then cool the formed coating in air.
Для приготовления составов композиционных полимерных материалов для функциональных покрытий использовали компоненты, выпускаемые промышленно. Порошкообразные неполярные полимеры: полиэтилен низкого давления (ПЭНД), полипропилен (ПП), политетрафторэтилен (ПТФЭ) являются промышленными продуктами, производимыми на предприятиях Беларуси и России, в т.ч. ОАО «Полимир» (Беларусь), ОАО «Галоген» (Россия), ОАО «Каплен» (Россия). Дисперсность порошков составляла 80-120 мкм.For the preparation of compositions of composite polymer materials for functional coatings used components manufactured industrially. Powdered non-polar polymers: low-pressure polyethylene (HDPE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE) are industrial products manufactured at enterprises in Belarus and Russia, including OJSC Polymir (Belarus), OJSC Halogen (Russia), OJSC Kaplen (Russia). The dispersion of the powders was 80-120 microns.
Порошки термоэластопластов: сополимера этилена и винилацетата (СЭВА), полиуретанового (ТПУ), дивинистирольного (ДСТ), полиамидного (ПА) использовали в состоянии поставки или получали криогенным измельчением гранул, охлажденных до температуры жидкого азота, с последующим сепарированием по размеру фракций. Аналогичным образом получали порошок полиамида 6. В качестве сырья в этом случае использовали гранулы продукта с торговой маркой «Гроднамид», выпускаемого на ОАО «ГродноХимволокно».Thermoplastic elastomer powders: ethylene vinyl acetate copolymer (SEVA), polyurethane (TPU), divinistyrene (DST), polyamide (PA) copolymers were used in the delivery state or were obtained by cryogenic grinding of granules cooled to liquid nitrogen temperature, followed by separation by size of fractions. In a similar manner, polyamide 6 powder was obtained. In this case, product granules with the Grodnamid trademark, manufactured by JSC GrodnoKhimvolokno, were used as raw materials.
В качестве природных силикатов использовали порошки слоистых или каркасных минералов, которые получены измельчением высушенного полуфабриката в шаровых мельницах или дисмембраторах. Каолинит, бентонит, монтмориллонит являются глинистыми минералами, которые добывают на месторождениях России и Беларуси. Трепел представляет собой природную смесь силикатов слоистого и каркасного строения, которую добывают на месторождении «Стальное» (Беларусь) (табл.1).As natural silicates, powders of layered or skeleton minerals were used, which were obtained by grinding dried semi-finished product in ball mills or dismembrators. Kaolinite, bentonite, montmorillonite are clay minerals that are mined in the deposits of Russia and Belarus. Tripoli is a natural mixture of silicates of a layered and frame structure, which is mined at the Stalnoye deposit (Belarus) (Table 1).
Дисперсность порошков природных силикатов не превышала 50 мкм при размере основной фракции 5-10 мкм.The dispersion of powders of natural silicates did not exceed 50 microns with a size of the main fraction of 5-10 microns.
Композиционные материалы получали механическим смешиванием порошкообразных компонентов, предварительно высушенных до содержания летучих продуктов не более 0,5 мас.%, в смесителе барабанного типа. Для достижения высокой гомогенности материала целесообразно использовать порошки одинаковых геометрических размеров и формы, а также легко испаряющиеся технологические добавки, например этилового спирта, ацетона. После приготовления композиции технологические добавки испаряются и не оказывают дальнейшего влияния на свойства покрытий.Composite materials were obtained by mechanical mixing of the powdered components, previously dried to a volatile content of not more than 0.5 wt.%, In a drum type mixer. To achieve high homogeneity of the material, it is advisable to use powders of the same geometric sizes and shapes, as well as easily evaporating processing aids, for example ethyl alcohol, acetone. After preparation of the composition, processing aids evaporate and do not further affect the properties of the coatings.
Покрытия по прототипу наносили на металлическую подложку методом псевдоожиженного слоя окунанием металлического образца, нагретого до температуры 270-300°С, в воздушную взвесь, выдерживали его в течение заданного времени для получения необходимой толщины покрытия с последующим охлаждением на воздухе до формирования твердого покрытия.The prototype coatings were applied to a metal substrate by the fluidized bed method by dipping a metal sample heated to a temperature of 270-300 ° C in air suspension, kept it for a predetermined time to obtain the required coating thickness, followed by cooling in air until a solid coating is formed.
По заявленному способу покрытие наносили в два этапа, используя на каждом этапе определенный состав компонентов, обеспечивающий достижение заданных параметров служебных характеристик наносимого слоя. При этом на первом этапе наносили покрытие с повышенными прочностными и электроизоляционными характеристиками (составы I1-IV1), а на втором - с повышенной деформативностью, водостойкостью и электроизоляционными характеристиками (составы I2-IV2).According to the claimed method, the coating was applied in two stages, using at each stage a certain composition of components, ensuring the achievement of the specified parameters of the service characteristics of the applied layer. At the same time, at the first stage, a coating was applied with increased strength and electrical insulation characteristics (compositions I 1 -IV 1 ), and at the second stage, a coating with increased deformability, water resistance, and electrical insulation characteristics (compositions I 2 -IV 2 ) was applied.
Технологический интервал между двумя этапами формирования покрытия, как правило, не превышал 2-3 сек и обусловлен переносом изделия с нанесенным на первом этапе покрытием во вторую установку для нанесения второй части покрытия. Температура металлической подложки и ее теплоемкость достаточна для обеспечения расплавленного состояния первой части покрытия в течение необходимого технологического времени для осаждения второй части покрытия. Важным обстоятельством является осаждение композиционного материала, формирующего верхний (покровный) слой функционального покрытия, на расплавленную полимерную подложку. Это способствует формированию прочной адгезионной связи между различными слоями покрытия за счет теплового и механического взаимодействия и повышает термодинамическую совместимость компонентов.The technological interval between the two stages of coating formation, as a rule, did not exceed 2-3 seconds and was caused by the transfer of the product with the coating applied at the first stage to the second installation for applying the second part of the coating. The temperature of the metal substrate and its heat capacity are sufficient to ensure the molten state of the first part of the coating for the required technological time for deposition of the second part of the coating. An important circumstance is the deposition of the composite material forming the upper (coating) layer of the functional coating on the molten polymer substrate. This contributes to the formation of a strong adhesive bond between the various layers of the coating due to thermal and mechanical interaction and increases the thermodynamic compatibility of the components.
Металлическую подложку (образец) перед нанесением покрытия очищали от оксидов и загрязнений абразивом и обезжиривали бензином. Для обеспечения стабильных характеристик поверхностного слоя металлический образец целесообразно обработать 5-10 мас.% водным раствором фосфорной кислоты или фосфорных солей железа и марганца при температуре 75-95°С в течение 3-5 мин.The metal substrate (sample) before coating was cleaned of oxides and contaminants with an abrasive and degreased with gasoline. To ensure stable characteristics of the surface layer, it is advisable to treat a metal sample with a 5-10 wt.% Aqueous solution of phosphoric acid or phosphoric salts of iron and manganese at a temperature of 75-95 ° C for 3-5 minutes.
Адгезионную прочность покрытий оценивали методом отслаивания под углом 180°. Деформативность покрытия определяли по изменению величины зазора (толщины прослойки) между образцом с покрытием и без покрытия при статическом нагружении в диапазоне нагрузок 150-300 МПа. Нагружение осуществляли на гидравлическом прессе усилием прессования 50 т. Площадь образцов составляла 15 см2.The adhesive strength of the coatings was evaluated by peeling at an angle of 180 °. The deformability of the coating was determined by changing the gap (interlayer thickness) between the coated and uncoated sample under static loading in the load range of 150-300 MPa. Loading was carried out on a hydraulic press with a pressing force of 50 tons. The area of the samples was 15 cm 2 .
Прочность покрытия к электрическому пробою определяли по соответствующему ГОСТу.The strength of the coating to electrical breakdown was determined according to the relevant GOST.
Влагопоглощение определяли на образцах, полученных путем отслоения сформированных покрытий, при экспозиции в дистиллированной воде при температуре 20±5°С. Морозостойкость оценивали по температуре разрушения охлажденного образца при его огибании вокруг металлического цилиндра определенного диаметра.Moisture absorption was determined on samples obtained by peeling the formed coatings upon exposure to distilled water at a temperature of 20 ± 5 ° С. Frost resistance was assessed by the fracture temperature of the cooled sample when it was bent around a metal cylinder of a certain diameter.
Сравнительные характеристики разработанного состава полимерного материала для функциональных покрытий, сформированных по предлагаемой технологии и существующих аналогов, приведены в табл.2.Comparative characteristics of the developed composition of the polymer material for functional coatings formed by the proposed technology and existing analogues are given in table 2.
Как следует из данных табл.2, заявленные составы композиционных материалов для функциональных покрытий, нанесенные по заявленному способу, существенно превосходят прототип по показателям деформативности, стойкости и электрическому пробою, имеют более низкое влагопоглощение и большую морозостойкость. Важно отметить, что сочетание высокой деформативности и прочности при достаточной адгезионной прочности и стойкости к электрическому пробою обеспечивается только при нанесении покрытия по заявленному способу в два этапа.As follows from the data of Table 2, the claimed compositions of composite materials for functional coatings applied by the claimed method significantly exceed the prototype in terms of deformability, resistance and electrical breakdown, have lower moisture absorption and greater frost resistance. It is important to note that the combination of high deformability and strength with sufficient adhesive strength and resistance to electrical breakdown is provided only when coating according to the claimed method in two stages.
Сравнительные характеристики заявленных составов и прототипаtable 2
Comparative characteristics of the claimed compositions and prototype
Ниже представлены примеры реализации заявленного способа нанесения функциональных покрытий из заявленного состава композиционного материала и прототипа.Below are examples of the implementation of the claimed method of applying functional coatings from the claimed composition of the composite material and the prototype.
Пример 1.Example 1
Способ по прототипу. 889,5 г порошка полиамида 6, полученного криогенным измельчением гранул, охлажденных до температуры жидкого азота, смешивали в барабанном смесителе типа шаровой мельницы с 10,0 г порошка политетрафторэтилена (Ф-4), 100 г полиамида 11 (Rilsan) и 0,5 г ультрадисперсного углерода УДАГ производства ЗАО "Синта". Дисперсность всех полимерных порошков не превышала 100 мкм. Смешивание осуществляли в присутствии металлических шаров в течение 10 мин. Гомогенность композиции оценивали по ее цвету. Полученный композиционный материал помещали на пористую мембрану установки для нанесения покрытий методом псевдоожиженного слоя, изготовленную в соответствии с рекомендациями (Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционные материалы на основе дисперсных полимеров. - Минск: Наука и техника. - 1992. - С.256).The prototype method. 889.5 g of polyamide 6 powder obtained by cryogenic grinding of granules cooled to liquid nitrogen temperature was mixed in a ball mill type drum mixer with 10.0 g of polytetrafluoroethylene powder (Ф-4), 100 g of polyamide 11 (Rilsan) and 0.5 g of ultrafine carbon UDAG manufactured by Cinta CJSC. The dispersion of all polymer powders did not exceed 100 microns. Mixing was carried out in the presence of metal balls for 10 minutes. The homogeneity of the composition was evaluated by its color. The obtained composite material was placed on the porous membrane of the installation for coating by the fluidized bed method, made in accordance with the recommendations (Dovgyalo V.A., Yurkevich OR Composite materials based on dispersed polymers. - Minsk: Science and technology. - 1992. - S.256).
Псевдоожиженный слой получали продуванием осушенного потока воздуха через пористую мембрану. Качество воздушной взвеси регулировали давлением и скоростью подачи воздуха. Металлическую подложку из стали 45 с размерами 100×100×10 мм очищали пескоструйным методом от загрязнений и оксидного слоя и нагревали в термошкафу до температуры 270°С. Температуру подложки контролировали контактным способом с помощью хромель-копелевой термопары и бесконтактным способом с помощью инфракрасного датчика (пирометра).The fluidized bed was obtained by blowing a dried stream of air through a porous membrane. The quality of the air suspension was regulated by pressure and air flow rate. A metal substrate of steel 45 with dimensions of 100 × 100 × 10 mm was cleaned by sandblasting from contaminants and an oxide layer and heated in a heating cabinet to a temperature of 270 ° C. The temperature of the substrate was controlled by a contact method using a chromel-kopel thermocouple and a non-contact method using an infrared sensor (pyrometer).
Нагретую металлическую подложку на подвеске манипулятора помещали в псевдоожиженный слой и выдерживали 10 сек, после чего извлекали из рабочего объема установки и охлаждали на спокойном воздухе.The heated metal substrate on the manipulator suspension was placed in a fluidized bed and held for 10 seconds, after which it was removed from the working volume of the installation and cooled in calm air.
Толщину сформированного покрытия оценивали с помощью микрометра после остывания образца и выдержки его при комнатной температуре в течение 12 часов. Толщина покрытия составляла 150±5 мкм. Полученное покрытие подвергали испытаниям по описанной методике.The thickness of the formed coating was evaluated using a micrometer after cooling the sample and holding it at room temperature for 12 hours. The coating thickness was 150 ± 5 μm. The resulting coating was tested according to the described procedure.
Пример 2.Example 2
Заявленный способ. Состав I.The claimed method. Composition I.
Для получения функционального покрытия по заявленному способу готовили два состава композиционного полимерного материала и две установки для нанесения покрытий методом псевдоожиженного слоя. Состав I1 для первого этапа способа получали смешиванием 979 г порошкообразного полиамида 6 криогенного измельчения с 10 г полиэтилена низкого давления, 10 г термопластичного полиуретана марки Витур и 1 г порошка природного силиката (каолинита, белой глины). Дисперсность полимерных порошков криогенного измельчения не превышала 100 мкм. Размер частиц каолинита не превышал 50 мкм при размере основной фракции не более 5 мкм. Компоненты в указанных соотношениях вводили в рабочий объем шаровой мельницы и перемешивали в течение 10 мин до получения однородного состава. Полученный композиционный полимерный материал помещали на пористую мембрану установки №1 для нанесения полимерных покрытий методом псевдоожиженного слоя.To obtain a functional coating according to the claimed method, two compositions of a composite polymer material and two installations for coating by the fluidized bed method were prepared. Composition I 1 for the first step of the method was obtained by mixing 979 g of powdered polyamide 6 cryogenic grinding with 10 g of low-pressure polyethylene, 10 g of Vitur thermoplastic polyurethane and 1 g of natural silicate powder (kaolinite, white clay). The dispersion of polymer powders of cryogenic grinding did not exceed 100 microns. The particle size of kaolinite did not exceed 50 microns with a size of the main fraction of not more than 5 microns. The components in the indicated ratios were introduced into the working volume of a ball mill and mixed for 10 min until a homogeneous composition was obtained. The obtained composite polymer material was placed on the porous membrane of installation No. 1 for applying polymer coatings by the fluidized bed method.
Состав I2 для вторичного этапа способа получали аналогично составу I1, смешивая в барабанном смесителе 984 г порошкообразного термоэластопласта Витур, 10 г полиамида 6, 5 г полиэтилена низкого давления и 1 г каолинита. Полученный композиционный полимерный материал помещали на пористую мембрану второй установки (№2) для нанесения полимерных покрытий методом псевдоожиженного слоя. Технологические установки №1 и №2 располагали на расстоянии 0,5 м для обеспечения возможности использования механического манипулятора для нанесения покрытий.Composition I 2 for the secondary stage of the process was obtained similarly to composition I 1 , mixing in a drum mixer 984 g of powdered Vitur thermoplastic elastomer, 10 g of polyamide 6, 5 g of low-pressure polyethylene and 1 g of kaolinite. The obtained composite polymer material was placed on the porous membrane of the second installation (No. 2) for applying polymer coatings by the fluidized bed method. Technological installations No. 1 and No. 2 were located at a distance of 0.5 m to enable the use of a mechanical manipulator for coating.
Металлическую подложку из стали 45 с размерами 100×100×10 мм нагревали в термошкафу до температуры 300°С. Температуру контролировали хромель-копелевой термопарой, помещенной в тело образца.A metal substrate of steel 45 with dimensions of 100 × 100 × 10 mm was heated in a heating cabinet to a temperature of 300 ° C. The temperature was controlled by a chromel-kopel thermocouple placed in the sample body.
Нагретую подложку с помощью зажима манипулятора последовательно помещали в псевдоожиженный слой композиционных полимерных материалов составов I1 и I2 в технологических установках №1 и №2. В установке №1 подложку выдерживали 10 сек, после чего с помощью манипулятора извлекали из псевдоожиженного слоя и переносили в псевдоожиженный слой композиционного материала состава 12 технологической установки №2. Интервал между окунаниями составлял 3 сек. Температуру металлической подложки с нанесенным на первой стадии процесса покрытием контролировали дистанционным пирометром. Температура подложки образца с покрытием после извлечения с установки №1 составляла 270°С. Подложку с покрытием выдерживали в псевдоожиженном слое установки №2 в течение 10 сек, после чего с помощью манипулятора извлекали из рабочего объема установки и помещали на стеллаж для окончательного формирования покрытия. Толщина покрытия после двух этапов процесса нанесения составляла 300±5 мкм. Сформированное покрытие имело гладкую ровную поверхность без видимых дефектов. После выдержки в течение 12 часов при 20±5°С образцы покрытий подвергали испытаниям согласно описанным методикам.The heated substrate using the manipulator clamp was sequentially placed in the fluidized bed of composite polymer materials of compositions I 1 and I 2 in technological plants No. 1 and No. 2. In the installation No. 1, the substrate was held for 10 seconds, after which it was removed from the fluidized bed using a manipulator and transferred to the fluidized bed of the composite material of composition 12 of technological installation No. 2. The interval between dipping was 3 seconds. The temperature of the metal substrate coated with a coating at the first stage of the process was controlled by a remote pyrometer. The temperature of the substrate of the coated sample after extraction from installation No. 1 was 270 ° C. The coated substrate was kept in the fluidized bed of installation No. 2 for 10 seconds, after which it was removed from the working volume of the installation using a manipulator and placed on a rack for the final formation of the coating. The coating thickness after two stages of the deposition process was 300 ± 5 μm. The formed coating had a smooth, even surface without visible defects. After exposure for 12 hours at 20 ± 5 ° C, coating samples were tested according to the described procedures.
Пример 3.Example 3
Заявленный способ. Состав III.The claimed method. Composition III.
Функциональное покрытие формировали в два этапа по технологическому процессу, описанному в примере 2. Металлическую подложку перед нанесением покрытия обезжиривали бензином марки "Галоша" и подвергали травлению в 10% водном растворе Н3PO4 в течение 10 мин при температуре 70°С, после чего промывали от остатков кислоты и высушивали.The functional coating was formed in two stages according to the technological process described in Example 2. The metal substrate was degreased with galosh gas before coating and etched in 10% aqueous solution of H 3 PO 4 for 10 min at a temperature of 70 ° C, after which washed with acid residues and dried.
Пример 4.Example 4
Заявленный способ. Составы II и IV.The claimed method. Compositions II and IV.
Функциональные покрытия из данных составов формировали по двухэтапной технологии, описанной в примере 2. Состав композиционных полимерных материалов для первого и второго этапов процесса нанесения функционального покрытия соответствовал таблице 1 (составы II1, II2, IV1, IV2).Functional coatings from these compositions were formed according to the two-stage technology described in example 2. The composition of composite polymer materials for the first and second stages of the functional coating process corresponded to table 1 (compositions II 1 , II 2 , IV 1 , IV 2 ).
После нанесения всех функциональных покрытий из композиционных полимерных материалов согласно изобретению их состав представлял собой сумму компонентов, нанесенных на этапе 1 и этапе 2 технологического процесса.After applying all functional coatings of composite polymer materials according to the invention, their composition was the sum of the components deposited in stage 1 and stage 2 of the process.
Сущность изобретения состоит в следующем.The invention consists in the following.
При введении в состав полиамида 6 дисперсных частиц силиката, обладающего нескомпенсированным электрическим зарядом, образуется пространственная сетка физических связей, которая существенно упрочняет матрицу и снижает ее влагопоглощение из-за блокирования полярных амидных групп. Благодаря этому повышается стойкость полиамидного покрытия к электрическому пробою, т.е. его электроизоляционные характеристики. При добавлении в полиамидную матрицу частиц неполярных полимеров (ПТФЭ, ПЭНД, ПП) дополнительно повышается стойкость к электрическому пробою. Низкоразмерные активные частицы природных силикатов уменьшают неблагоприятный эффект снижения прочностных характеристик композиционного материала благодаря образованию граничных слоев повышенной прочности. Механизм их действия аналогичен механизму действия нанодисперсного углерода детонационного синтеза УДАГ. Введение в полиамидную матрицу термоэластопласта (СЭВА, ТПУ, ДСТ, полиамид 11) снижает уровень остаточных напряжений в композиционном покрытии, повышает морозостойкость и электроизоляционные характеристики.When 6 dispersed silicate particles with an uncompensated electric charge are introduced into the polyamide 6, a spatial network of physical bonds is formed, which significantly strengthens the matrix and reduces its moisture absorption due to blocking of polar amide groups. Due to this, the resistance of the polyamide coating to electrical breakdown, i.e. its electrical insulation characteristics. When particles of non-polar polymers (PTFE, HDPE, PP) are added to the polyamide matrix, the resistance to electrical breakdown is further increased. Low-dimensional active particles of natural silicates reduce the adverse effect of reducing the strength characteristics of the composite material due to the formation of boundary layers of increased strength. The mechanism of their action is similar to the mechanism of action of nanodispersed carbon detonation synthesis of UDAG. The introduction of thermoplastic elastomer (SEVA, TPU, DST, polyamide 11) into the polyamide matrix reduces the level of residual stresses in the composite coating, increases frost resistance and electrical insulation characteristics.
Нанесение покрытия в два этапа из составов, имеющих одинаковые компоненты в разных соотношениях, позволяет сформировать градиентный композиционный материал, внутренний слой которого, граничащий с металлической подложкой, состоящий из модифицированного полиамида 6, обеспечивает высокую адгезионную прочность и прочность при сжатии, а наружный слой, состоящий преимущественно из модифицированного термоэластопласта, - высокую деформативность и электроизоляционные характеристики. Наличие одинаковых компонентов в нижнем и верхнем слоях покрытия способствует термодинамической совместимости слоев и практически полному отсутствию границы раздела между слоями. В зависимости от условий эксплуатации изделия толщина слоев, составляющих покрытие, может изменяться в нужных пределах за счет изменения времени выдержки нагретой подложки в псевдоожиженном слое композиционного материала соответствующего состава и температуры подложки.Coating in two stages from compositions having the same components in different ratios, allows you to form a gradient composite material, the inner layer of which, adjacent to the metal substrate, consisting of a modified polyamide 6, provides high adhesive strength and compressive strength, and the outer layer, consisting mainly from modified thermoplastic elastomer, - high deformability and electrical insulation characteristics. The presence of identical components in the lower and upper layers of the coating contributes to the thermodynamic compatibility of the layers and the almost complete absence of an interface between the layers. Depending on the operating conditions of the product, the thickness of the layers constituting the coating can vary within the necessary limits due to a change in the exposure time of the heated substrate in the fluidized bed of a composite material of the corresponding composition and temperature of the substrate.
Таким образом, заявленный состав композиционного полимерного материала для функционального покрытия и способ его нанесения обеспечивают синергическое сочетание высокой механической прочности, адгезионной прочности в соединениях с металлами, деформативности и стойкости к электрическому пробою покрытий, сформированных в два этапа. Разработанный состав и способ нанесения прошли апробацию в технологическом процессе изготовления фланцев трубопроводов, предназначенных для транспортирования нефтепродуктов, на ОАО «Белтрансгаз» и рекомендованы к применению.Thus, the claimed composition of the composite polymer material for a functional coating and the method of its application provide a synergistic combination of high mechanical strength, adhesive strength in compounds with metals, deformability and resistance to electrical breakdown of coatings formed in two stages. The developed composition and application method have been tested in the technological process of manufacturing flanges of pipelines intended for the transportation of oil products at Beltransgaz OJSC and are recommended for use.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006129951/04A RU2338764C2 (en) | 2006-08-18 | 2006-08-18 | Composite polymer material for functional coatings and method of depositing it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006129951/04A RU2338764C2 (en) | 2006-08-18 | 2006-08-18 | Composite polymer material for functional coatings and method of depositing it |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006129951A RU2006129951A (en) | 2008-02-27 |
| RU2338764C2 true RU2338764C2 (en) | 2008-11-20 |
Family
ID=39278514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006129951/04A RU2338764C2 (en) | 2006-08-18 | 2006-08-18 | Composite polymer material for functional coatings and method of depositing it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2338764C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495893C1 (en) * | 2012-02-09 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Наука" (ОАО НПО "Наука") | Composition for obtaining coating with improved tribotechnical properties and coating method |
| RU2525906C2 (en) * | 2012-10-23 | 2014-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИСиС" (НИТУ "МИСИС") | Corrosion-resistant composite polymer-matrix powder polysulphone-based coating |
| RU2543880C2 (en) * | 2012-10-23 | 2015-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"" (НИТУ "МИСИС") | Protective sealing powder coating based on polysulphone for thread connections of responsible products |
| RU2544644C2 (en) * | 2012-10-10 | 2015-03-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") | Corrosion-resistant composite polymer-matrix polysulphone-based powder coating |
-
2006
- 2006-08-18 RU RU2006129951/04A patent/RU2338764C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДОВЛАГО В.А., ЮРКЕВИЧ О.Р. Композиционные материалы на основе дисперсных полимеров. - Минск: Наука и техника, 1992, с.256. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495893C1 (en) * | 2012-02-09 | 2013-10-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Наука" (ОАО НПО "Наука") | Composition for obtaining coating with improved tribotechnical properties and coating method |
| RU2544644C2 (en) * | 2012-10-10 | 2015-03-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") | Corrosion-resistant composite polymer-matrix polysulphone-based powder coating |
| RU2525906C2 (en) * | 2012-10-23 | 2014-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИСиС" (НИТУ "МИСИС") | Corrosion-resistant composite polymer-matrix powder polysulphone-based coating |
| RU2543880C2 (en) * | 2012-10-23 | 2015-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"" (НИТУ "МИСИС") | Protective sealing powder coating based on polysulphone for thread connections of responsible products |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006129951A (en) | 2008-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5330969B2 (en) | Sliding layer material and multilayer material | |
| RU2338764C2 (en) | Composite polymer material for functional coatings and method of depositing it | |
| US8580027B1 (en) | Sprayed on superoleophobic surface formulations | |
| CN102504678B (en) | Protection coating for petroleum equipment and construction method thereof | |
| US10981834B2 (en) | Plastic component comprising a carbon filler | |
| TWI377129B (en) | ||
| US20170130060A1 (en) | Powder coating compositions for reducing friction and wear in high temperature high pressure applications | |
| Li et al. | High temperature resistant polysulfone/silica double-wall microcapsules and their application in self-lubricating polypropylene | |
| Bai et al. | Mussel-inspired facile fabrication of dense hexagonal boron nitride nanosheet-based coatings for anticorrosion and antifriction applications | |
| US10184521B2 (en) | Sliding bearing element | |
| TW200946567A (en) | Powder coating material and fluorine-containing laminate | |
| CN102676048A (en) | Modified polyphenylene sulfide coating and application thereof | |
| KR20140060237A (en) | Chromium-free silicate-based ceramic compositions | |
| Kirillina et al. | Nanocomposites Based on Polytetrafluoroethylene and Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene: A Brief Review. | |
| WO2015043106A1 (en) | Anti-galling coating for oil casing joint and preparation method therefor | |
| KR101561968B1 (en) | Method for manufacturing steel pipe coating material comprising graphene and sacrificial metal, method for manufacturing coating steel pipe using the same and coating steel pipe by the same | |
| CN100366690C (en) | Composite powdered polyphenyl thioether coating and its preparation method | |
| KR102039519B1 (en) | A method for producing a coating composition for a composite steel pipe containing an aromatic aramid after an amine-based polymer coating, a method for producing a coated steel pipe using the method, and a coated steel pipe produced by the method | |
| CN100415504C (en) | Anticorrosive magnesium-aluminium composite material and its preparing method | |
| CN114702898B (en) | Wear-resistant and corrosion-resistant polyphenylene sulfide coating on metal surface and preparation method thereof | |
| CN100455695C (en) | Non-crystalline wear preventive arc sprayed powder core filament material | |
| CN114149742A (en) | High-strength high-slip-resistance inorganic zinc silicate coating and preparation method thereof | |
| CN114853443A (en) | Plastic bonding agent for repairing material and preparation method thereof | |
| KR101464935B1 (en) | Metal-coating paint and coating method of metal material using thereof | |
| KR20180004599A (en) | A solid lubricant for bush |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080819 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20100810 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140819 |