RU2712696C1

RU2712696C1 - Separating composition for antifriction composites preventing thermo-chemical erosion of extrusion heads adapters

Info

Publication number: RU2712696C1
Application number: RU2018147053A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Гребе; Дмитрий Владимирович Лошадкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Инновационный Центр "Пластмасс Групп"
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-01-30

Abstract

FIELD: separation.

SUBSTANCE: invention relates to a composition of a separating agent and a method of making extruded moulded workpieces of antifriction materials in the presence of said separating agent. Technical result is achieved by using a separating composition, which contains the following components: deionised water with specific electric resistance from 10 MOhm⋅cm, powder of boron nitride nanotubes or derivatives thereof, soluble in water or ethyl alcohol in the presence of an aromatic series dispersing compound (BNNT, with content of the main component in powder >50 wt. %), dispersing additive from aromatic compounds, for example, benzene and homologues thereof (not more than 0.1 wt. % of the total weight of the mixture).

EFFECT: technical result is removal of annealing cycle of head with adapters after completion of extrusion of antifriction composites based on mixture of thermoplastics containing fluorine and sulphur, which enables to avoid thermochemical erosion of the surface of the adapters located between the forming head and the extruder outlet channel.

1 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

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).The invention relates to an extrusion production technology of antifriction composites for shipbuilding, general and special engineering based on thermoplastics and their mixtures with special additives (friction modifiers, stabilizers, reinforcing additives).

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).The basic composition of thermoplastics for the production of antifriction materials is based on a combination in different proportions of polytetrafluoroethylene (PTFE) with polyphenylene sulfide (PPS). Depending on the need, fillers in this system can be mineral, metal powders and fibers of different nature. The main production method is extrusion processing at special extrusion plants capable of providing high processing temperatures and pressures, since these mixtures are poorly compatible when using conventional extruders. To evenly distribute the mass flows of the composite in front of the forming head, to reduce pressure drops and pulsations of the melt when the composite flows out of the extruder, a system of adapters is used, which are placed between the forming head and the channel for the melt to exit the extruder (Fig. 1 and 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.In the production of molded products with linear transverse dimensions of more than 300 mm, technological leaks allow small leakages of the melt into the space between the adapters and the head. According to the technological regulations, the separation of the head and adapters is carried out at temperatures below the temperature of the melt of the composite, which leads to adhesion of the head and the adapter. The separation is carried out by annealing in furnaces at temperatures above 500 ° C.

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).When the fluorine-containing polymer content in the composite is more than 40%, the inner surface of the adapters is burned during annealing to a depth of approximately equal to the thickness of the composite, which requires annealing of the metal and subsequent polishing of the surface of the adapters, which increases the labor and cost of producing composites (Figs. 3 and 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.It is generally known that mixtures of fluoropolymers with powders of a number of metals can be used as combustible mixtures capable of igniting metal powders, for example, the example with magnesium powders is the most well-known. Based on these properties, fluoropolymers are actively used in the manufacture of delayed formulations for ammunition and incendiary type ammunition itself. All previously known systems based on fluoroplastics capable of thermochemically destroying metals used metals only in the form of powders, or as a result of shock impacts on a PTFE powder when it is in a shell. The most interesting for our case is the fact of the destruction of iron in the volume of the product. Previously, the facts of thermochemical destruction of iron by fluoroplastics were not observed even at the level of powders. Obviously, there is some similarity between the destruction of the metal surface and self-propagating high-temperature synthesis and the action of nanothermites. A sharp increase in the effect of fluoroplastic on the surface is due to the closed surface, which increases the force of action by tens of times.

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.To protect the surface of metals from sticking on the market, there are various release agents based on mixed compositions. Earlier on RU (11) 2,572,406 (13) C2. It is proposed to use a mixture of esters of phosphoric acid and glycerol in 50 wt. % aqueous solution of potassium hydroxide. Phosphoric esters cannot be used to protect the surface of the adapters, as the ignition temperature of these compounds is not higher than 180-200 ° C.

Известны высокотемпературные разделительные составы из различных типов глин WO2012086564. Применение подобных составов затруднено, т. к. пленкообразователи выгорают при температурах переработки антифрикционных материалов.Known high temperature release agents from various types of clays WO2012086564. The use of such compositions is difficult, since the film formers burn out at temperatures of processing of antifriction materials.

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. To improve the release of finished products according to US 3261800 A, boron nitride is used, but in this case boron nitride is introduced into the product or material itself, which increases the degree of polymer filling and melt viscosity. Such an approach in the case of processing antifriction materials will degrade the properties of finished products and increase the load and wear of equipment.

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.Boron nitride has a high inertness with respect to melts of various nature, in particular, most metals in the molten state do not react with a coating of boron nitride. Accordingly, this material is now actively used as a consumable in the manufacture of additives for oils, ceramics and heat-resistant paints. This compound is chemically inactive to almost 1000ºС and under certain conditions up to 3000ºС. The protective properties of boron nitride provide the possibility of using the latter for both melting metals and glasses. An important parameter is the low coefficient of friction and low wettability of most materials. High thermal conductivity allows you to not change the thermal mode of operation of the equipment after using boron nitride.

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.Therefore, it has been proposed to use boron nitride nanotubes as the basic component of the release agent to prevent adhesion of the adapters and remove the need to anneal the entire block of the extrusion head after the extrusion cycle.

Разделительный состав включает следующие компоненты:The release agent includes the following components:

- деионизированная вода с удельным электрическим сопротивлением от 10 МОм•см- deionized water with a specific electrical resistance of 10 MΩ • cm

- порошок нанотрубок нитрида бора (BNNT, с содержанием основного компонента в порошке > 50 вес.%)- boron nitride nanotube powder (BNNT, with the content of the main component in the powder> 50 wt.%)

- диспергирующая добавка из соединений ароматического ряда, например, бензола и его гомологов.- dispersing additive from compounds of the aromatic series, for example, benzene and its homologues.

Процентное содержание компонентов определяется согласно следующей таблице и зависит от содержания ПТФЭ в композите. The percentage of components is determined according to the following table and depends on the content of PTFE in the composite.

Содержание ПТФЭ в композите, мас. %The content of PTFE in the composite, wt. % Содержание нанотрубок нитрида бора, мас. %The content of boron nitride nanotubes, wt. % Содержание ароматического соединения в качестве диспергирующего компонента, мас. %The content of aromatic compounds as a dispersing component, wt. % 4040 11 0,10.1 50fifty 1,11,1 0,10.1 6060 1,21,2 0,10.1 7070 1,51,5 0,20.2 8080 1,71.7 0,20.2 9090 1,91.9 0,20.2

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.The release agent is prepared using a magnetic stirrer for 15 minutes at 3000 rpm. The composition is applied to the target surface, heated to 50 ° C, from the spray to the formation of a white surface.

При необходимости нанотрубки нитрида бора могут быть заменены его производными, например, функционализированными следующими радикалами: -COH, -COCH₃, -CONH₂, -COOCH₃, -COOH. Также допустимы соединения (см. формулу ниже) нанотрубок нитрида бора с молекулярной массой углеводородного остатка R не более 250. If necessary, boron nitride nanotubes can be replaced by its derivatives, for example, functionalized by the following radicals: —COH, —COCH ₃ , —CONH ₂ , —COOCH ₃ , —COOH. Also acceptable are the compounds (see formula below) of boron nitride nanotubes with a molecular weight of hydrocarbon residue R of not more than 250.

Claims

Release agent for preventing thermochemical erosion of the inner surface of the adapters of the extruder forming head for extrusion production of antifriction composites based on polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyphenylene sulfide (PPS), characterized in that it contains deionized water with a specific electrical resistance of 10 MOhmcm or a nitride nanotube powder boron with a content of the main component> 50 wt.% and a dispersant additive from benzene compounds and its homologs in the following quantitative the content of the components, wt.% in relation to the mass content of PTFE in the composite:

specified boron nitride nanotube powder 1-1.9 specified dispersant 0.1-0.2