RU2641816C2

RU2641816C2 - Method for applying protective film made of ultra-high molecular weight-polyethylene onto rubber

Info

Publication number: RU2641816C2
Application number: RU2016120182A
Authority: RU
Inventors: Марина Дмитриевна Соколова; Николай Викторович Шадринов; Афанасий Алексеевич Дьяконов
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2018-01-22
Also published as: RU2016120182A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: method is carried out by applying a protective film made of polymer onto the rubber surface. An ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) which is applied onto the rubber surface in the form of a powder during rubber curing is used as a polymer. Application of the UHMWPE onto the rubber surface is carried out by immersing the semicured rubber into UHMWPE powder, followed by extension of the curing process of the obtained sample until full cure.

EFFECT: obtaining products with increased resistance to wear and aggressive environments.

2 dwg, 1 ex

Description

Область, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области разработки резино-технических изделий с повышенной стойкостью к износу и агрессивным средам, которые могут быть использованы в качестве подвижных уплотнений, работающих в различных углеводородных средах. The invention relates to the field of development of rubber products with high resistance to wear and aggressive environments, which can be used as movable seals operating in various hydrocarbon environments.

Уровень техникиState of the art

Известны технические решения (1. Чесноков Н.М., Семенов И.В., Яблонский Н.С., Пальмова Н.И. Резиновые уплотнения с антифрикционными покрытиями / Каучук и резина. - М.: 1979. №7. С. 42. 2. Семенов И.В., Матюшкин Е.Г., Регущ Л.А. Влияние оптимизации состава на трение и износ антифрикционных полимерных покрытий резиновых уплотнительных элементов / Каучук и резина. - М.: 1983. №5. С. 37), где приведены примеры применения лаковых покрытий для поверхностного модифицирования резин. В работе (1) на поверхность нитрильных резин наносили покрытие из фторсодержащего лака ФБФ-74 Д с добавкой дисульфида молибдена. При этом прочность связи покрытия с резинами на основе каучуков СКН-18, СКН-26 и СКН-40 довольно высока и составляет величины 0,5, 1,2 и 1,4 МПа соответственно. В работе (2) испытывали возможности применения покрытий из полиамидного лака П-1 с добавкой медного порошка. Динамический коэффициент трения резин с такими покрытиями снижается от 0,5-0,7 до 0,16-0,18. Эти величины сохраняются в течение 9 часов испытаний, износ при этом составляет 3,5 мг за три часа. К недостаткам лаковых покрытий можно отнести их неспособность растягиваться и сжиматься вслед за резиной, т.е. растянувшись, покрытие обратно не релаксирует, собирается в складки и затем рассыпается.Known technical solutions (1. Chesnokov N.M., Semenov I.V., Yablonsky N.S., Palmova N.I. Rubber seals with antifriction coatings / Rubber and rubber. - M .: 1979. No. 7. S. 42. 2. Semenov IV, Matyushkin EG, Regush LA Effect of composition optimization on friction and wear of antifriction polymer coatings of rubber sealing elements / Rubber and Rubber. - M .: 1983. No. 5. P. 37), where examples of the application of varnish coatings for surface modification of rubbers are given. In (1), a fluorine-containing varnish FBF-74 D with the addition of molybdenum disulfide was coated on the surface of nitrile rubbers. Moreover, the bond strength of the coating with rubbers based on rubbers SKN-18, SKN-26 and SKN-40 is quite high and amounts to 0.5, 1.2 and 1.4 MPa, respectively. In (2), the possibility of using coatings of P-1 polyamide varnish with the addition of copper powder was tested. The dynamic coefficient of friction of rubbers with such coatings decreases from 0.5-0.7 to 0.16-0.18. These values are maintained for 9 hours of testing, while wear is 3.5 mg in three hours. The disadvantages of varnish coatings include their inability to stretch and contract after rubber, i.e. stretched, the coating does not relax back, folds and then crumbles.

Известен метод плазмохимического модифицирования (ПХМ), который используется для создания антифрикционной пленки на поверхности резинотехнических изделий (РТИ) (3. Абдрашитов Э.Ф., Тарасенко В.А., Тихомиров Л.А., Пономарев А.Н. Трение и износ плазмохимически модифицированных эластомеров / Трение и износ. - Республика Беларусь, Гомель. 2001. Т. 22. №2. С. 190). Существо подхода заключается в обработке готовых РТИ в плазме тлеющего разряда в газовой среде перфторорганических соединений. Под действием активных компонент плазмы на поверхности РТИ происходит осаждение антифрикционной полимерной фторуглеродной пленки со скоростями от 0,5 до 1-3 мкм/ч (4. Тихомиров Л.А. Кинетика плазменного осаждения фторуглеродных пленок политетрафторэтилене / Химия высоких энергий. - М.: 1983. Т. 17. №4. С. 345). В работе (3) для повышения износостойкости сделана попытка увеличить толщину фторполимерного покрытия путем нанесения адгезионно-активной композиции, приготовленной на основе раствора каучука СКФ-26 с добавкой дисульфида молибдена в процессе трения. Однако дополнительное утолщение, как показали эксперименты, не приводит к увеличению износостойкости.The known method of plasma chemical modification (PCM), which is used to create an antifriction film on the surface of rubber products (RTI) (3. Abdrashitov EF, Tarasenko VA, Tikhomirov LA, Ponomarev AN Friction and wear plasma-chemically modified elastomers / Friction and wear. - Republic of Belarus, Gomel. 2001. T. 22. No. 2. P. 190). The essence of the approach is the processing of finished solid-state rubber goods in a glow discharge plasma in a gaseous environment of organofluorine compounds. Under the action of the active plasma components on the surface of an RTI, an antifriction polymer fluorocarbon film is deposited with speeds from 0.5 to 1-3 μm / h (4. Tikhomirov L.A. Kinetics of plasma deposition of fluorocarbon films of polytetrafluoroethylene / High Energy Chemistry. - M .: 1983. T. 17. No. 4. S. 345). In (3), to increase the wear resistance, an attempt was made to increase the thickness of the fluoropolymer coating by applying an adhesive-active composition prepared on the basis of SKF-26 rubber solution with the addition of molybdenum disulfide during friction. However, an additional thickening, as shown by experiments, does not lead to an increase in wear resistance.

Известно поверхностное модифицирование образцов из нитрильных резин композицией на основе полиамида ПА-6 и MoS₂ (5. Тихомиров Л.А., Тарасенко В.А., Костина Т.Ю., Дорофеева Л.В. Влияние дисульфида молибдена на триботехнические характеристики полиамидных покрытий на нитрильных резинах / Каучук и резина. - М.: 1914. №3. С. 26-28). Эксперименты по модифицированию поверхности проводились на резинах ИРП-1078-НТА (на основе смеси нитрильных каучуков СКН-18 и СКН-26). В 10%-ный раствор ПА-6 в муравьиной кислоте добавляли порошок MoS₂ в количестве 30% от массы полимера. Образцы в виде резиновых дисков диаметром 36 мм и толщиной 2 мм выдерживали в указанной смеси при температуре 58-60°C в течение 20 мин при непрерывном помешивании. После просушки образцы обрабатывали струей горячего воздуха с температурой 240-250°C. В работе (5) показано, что введение дисульфида молибдена в состав полиамидного покрытия приводит к увеличению износостойкости в 4-5 раз. К недостатку изготовления покрытий по технологии (5) следует отнести сложность технологического процесса получения покрытия. Это изобретение взято за аналог.Surface modification of nitrile rubber samples with a composition based on PA-6 and MoS ₂ polyamide is known (5. Tikhomirov L.A., Tarasenko V.A., Kostina T.Yu., Dorofeeva L.V. Influence of molybdenum disulfide on tribological characteristics of polyamide coatings on nitrile rubbers / Rubber and rubber. - M .: 1914. No. 3. P. 26-28). Surface modification experiments were carried out on rubbers IRP-1078-NTA (based on a mixture of nitrile rubbers SKN-18 and SKN-26). A 10% solution of PA-6 in formic acid was added MoS ₂ powder in an amount of 30% by weight of the polymer. Samples in the form of rubber disks with a diameter of 36 mm and a thickness of 2 mm were kept in this mixture at a temperature of 58-60 ° C for 20 min with continuous stirring. After drying, the samples were treated with a stream of hot air with a temperature of 240-250 ° C. It was shown in (5) that the introduction of molybdenum disulfide into the composition of the polyamide coating leads to an increase in wear resistance by 4-5 times. The disadvantage of manufacturing coatings by technology (5) is the complexity of the technological process for producing coatings. This invention is taken as an analogue.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача изобретения состоит в повышении износо- и агрессивостойкости резин путем нанесения на поверхность резины слоя из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (далее СВМПЭ) при сохранении эластичности резины.The objective of the invention is to increase the wear and aggressiveness of rubber by applying a layer of ultra high molecular weight polyethylene (hereinafter referred to as UHMWPE) to the rubber surface while maintaining the elasticity of the rubber.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, состоит в получении резиновых изделий с покрытием, имеющих высокую стойкость к истиранию и воздействию алифатических углеводородов.The technical result achieved by the implementation of the invention is to obtain rubber products with a coating having high resistance to abrasion and aliphatic hydrocarbons.

Существенные признаки, характеризирующие изобретение.The essential features characterizing the invention.

Ограничительные: На поверхность резины наносится защитный слой из износо- и агрессивостойкого полимерного материала.Restrictive: A protective layer of wear- and aggressive-resistant polymer material is applied to the rubber surface.

Отличительные: Нанесение покрытия из сверхвысокомолекулярного полиэтилена на поверхность резины производится путем налипания на подвулканизованную («полусырую») резину.Distinctive: Coating of ultra-high molecular weight polyethylene on the surface of the rubber is done by sticking to vulcanized (“half-baked”) rubber.

При вулканизации резины в разъемных формах излишки резиновой смеси (если таковые есть) выдавливаются, и по контуру формы образуется тоненькая бахрома - облой. Если порошок СВМПЭ нанести на поверхность резиновой смеси до вулканизации, то некоторая часть СВМПЭ выдавливается вместе с облоем, что приводит к образованию зон, непокрытых слоем из СВМПЭ. Предлагаемый способ предполагает применение предварительной подвулканизации резиновой смеси для удаления облоя до нанесения защитной пленки из СВМПЭ. Предварительное удаление облоя решает проблему вытеснения СВМПЭ из пресс-формы вместе с резиновым облоем.During vulcanization of rubber in demountable forms, excess rubber mixture (if any) is squeezed out, and a thin fringe is formed along the contour of the mold - a flake. If UHMWPE powder is applied to the surface of the rubber mixture before vulcanization, then some UHMWPE is squeezed out together with the coating, which leads to the formation of zones that are not covered by a UHMWPE layer. The proposed method involves the use of pre-vulcanization of the rubber mixture to remove the flash before applying a protective film from UHMWPE. Preliminary removal of the flake solves the problem of displacing UHMWPE from the mold together with the rubber flap.

В результате нанесения сверхвысокомолекулярного полиэтилена представленным способом, образуется тонкая пленка толщиной 80-120 мкм, выполняющая защитную функцию резины. Благодаря равномерности получаемой пленки и физико-механическим показателям СВМПЭ, резина покрытая слоем из СВМПЭ не теряет уплотняющую способность.As a result of applying ultra-high molecular weight polyethylene by the presented method, a thin film is formed with a thickness of 80-120 μm, which performs the protective function of rubber. Due to the uniformity of the obtained film and the physico-mechanical properties of UHMWPE, rubber coated with a layer of UHMWPE does not lose its sealing ability.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На рис. 1 приведена схема образования облоя при вулканизации резины. In fig. 1 shows a diagram of the formation of flash during vulcanization of rubber.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Способ нанесения защитной пленки на поверхность резины осуществляется следующим образом: Сначала выполняется предварительная подвулканизация сырой резиновой смеси. Для этого сырая резиновая смесь 1 помещается в пресс-форму 2 и вулканизуется при температуре вулканизации указанной в ТУ используемой резиновой смеси в течение 1/10-1/8 (в зависимости от типа каучука и реологических свойств резиновой смеси) от общего времени необходимого для вулканизации той или иной резины. При подвулканизации выдавливается облой 3 и придается определенная форма образцу. Затем образец подвулканизованной резины вынимается из пресс-формы и окунается в порошок СВМПЭ 4. После этого резина с порошком СВМПЭ 4 на поверхности вновь помещается в пресс-форму и процесс вулканизации продолжается до полной вулканизации. За полную вулканизацию принимается продолжительность вулканизации, указанная в ТУ используемой резиновой смеси. Благодаря тому что температура плавления различных марок СВМПЭ (125-135°C) ниже температуры вулканизации резин (140-160°C), порошок СВМПЭ плавится и образует равномерную пленку на поверхности резины.The method of applying a protective film to the rubber surface is as follows: First, a preliminary vulcanization of the crude rubber mixture is performed. To do this, the crude rubber mixture 1 is placed in the mold 2 and vulcanized at the vulcanization temperature of the used rubber mixture specified in the technical specifications for 1 / 10-1 / 8 (depending on the type of rubber and rheological properties of the rubber mixture) of the total time required for vulcanization one or another rubber. During podocarpaceae, an overlay 3 is extruded and a certain shape is given to the sample. Then, the sample of vulcanized rubber is removed from the mold and dipped in UHMWPE 4 powder. After that, the rubber with UHMWPE 4 powder on the surface is again placed in the mold and the curing process continues until complete vulcanization. For the full vulcanization is taken the duration of vulcanization indicated in the technical specifications of the rubber compound used. Due to the fact that the melting temperature of various grades of UHMWPE (125-135 ° C) is lower than the vulcanization temperature of rubbers (140-160 ° C), UHMWPE powder melts and forms a uniform film on the rubber surface.

Claims

The method of applying a protective film of polymer on the rubber surface, characterized in that the polymer is used ultra-high molecular weight polyethylene, which is applied to the rubber surface in the form of a powder during vulcanization of rubber, while the application of ultra-high molecular weight polyethylene on the rubber surface is carried out by dipping vulcanized rubber into ultra-high molecular weight powder polyethylene followed by the continuation of the process of vulcanization of the obtained sample until the time of complete vulcanization.