Композиция для покрытий антифрикционного назначения
Патент 559936
Авторы
Композиция для покрытий антифрикционного назначения
Иллюстрации
Реферат
Свее Свввтсиик
Сециаиистичесиик
9936
О П И С А
ИЗОБРЕТ
Респуслик
К АВТОРСКОМУ СВИД (61) Дополнительное к авт., сви (22) Заявлено 01.12.75 (21) 219 с присоединением заявки ,(23) Приоритет
Опубликовано 30.05.77. Бюллет
Дата опубликования описания
С 08L 27/18
С 08J 5/16
Государственный комитет
Свввта Министров СССР по дедам изабрвтений и открытий
21.893 (088.8) (72) Авторы изобретения
Ю. А. Паншин, Н. E. Явзина, В. Д. Бабаянц, В. Ф. Блинов, T. К. Ряшенцева, Ю. Б. Зимин, Ю. М. Стахиев и Н. И. Ковзун (71) Заявитель (54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЙ АНТИФРИКЦИОН НОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
Изобретение относится к композиции для теплостойких антифрикционных покрытий на основе сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (сополимер ТФЭ/ГФП).
Подобные композиции предназначаются для нанесения на рабочую поверхность режущих инструментов, например рамных и дисковых пил, а также для покрытия различных теплостойких изделий, например труб, проводов, пресс-форм, кухонной утвари и т. д.
Известна также композиция для антифрикционных покрытий на основе сополимера
ТФЭ/ГФП, обладающая стойкостью к коагулированию и хорошей адгезией к металлическим субстратам (1). Такая композиция включает следующие ингредиенты: частицы со средним радиусом до 3 мкм сополимера
ТФЭ/ГФП, имеющего отношение ТФЭ к ГФП в пределах от 95: 5 до 75: 25 (А); органическая жидкость, имеющая поверхностное натяжение при 25 С менее 40 мин/см, например метилизобутилкетон (Б); вспомогательный высокомолекулярный пленкообразующий материал или исходный продукт для его получения, например полиамидные амиды кислот (В).
Вспомогательный пленкообразователь может составлять от 5 до 99% от веса всей композиции. Эту композицию можно получить чутем обработки в мельнице смеси из сухого порошка сополимера ТФЭ/ГФП, т. е. ингредиента А и раствора компонента Б в органической жидкости Б. Композиция является безводной.
5 Особенностью композиции является способность давать покрытие, часть которого, находящаяся на границе раздела между субстратом и покрытием, состоит преимущественно из вспомогательного пленкообразующего мате10 риала, в то время как остальная часть состоит преимущественно из сополимера ТФЭ/ГФП.
Благодаря этому покрытие имеет смазывающую поверхность с антифрикционнымп и антиадгезионными свойствами и в то же время
15 образует прочную связь с субстратом.
Однако, известная композиция имеет и недостатки: негомогенность, которая проявляется в шероховатости поверхности изделий, покрытых
20 подобной композицией; боится влаги, это требует применения специальных мер предосторожности на всех этапах ее приготовления; для приготовления требуется обработка в
25 течение 24 час в мельнице; недостаточная износоустойчивость.
С целью улучшения антифрикционных свойств покрытия и ускорения процесса получения композиции композиция, состоящая из
30 сополимера ТФЭ/ГФП, имеющего отношение
559936
55
11,84
63,82
13,64
ТФЭ к ГФП в пределах от 95: 5 до 75: 25, органической жидкости, имеющей поверхностное натяжение при 25""С менее 40 дин/см, и вспомогательного высокомолекулярного пленкообразующего материала, например полиимидного лака, содержит указанный сополимер 1 ФЭ/ГФП с размером частиц от 0,05 до
0,2 мкм и дополнительно — воду, а также совмещающий агент — персульфат, перхлорат или бихромат щелочного металла, предпочтительно персульфат калия, при следующем соотношении компонентов, вес. ч.:
Сополимер ТФЭ/ГФГ1 18,50 — 2,00
Вода 18,43 — 1,08
Органическая жидкость 45,60 — 88,20
Вспомогательный высокомолекулярный пленкообразователь 7,78 — 18,0
Совмещающий агент 0,38 — 0,03
Установлено, если сополимер ТФЭ/ГФП содержится в растворе вспомогательного пленкообразователя не в форме сухого порошка, как в прототипе, а в форме водной дисперсии, то образуется значительно более однородная композиция, дающая гладкие покрытия на субстратах, обладающие повышенной износоустойчивостью, и при этом резко ускоряется процесс гомогенного смешения — 30 мин вместо 24 час.
Для получения предлагаемой композиции применяют совмешающий агент, обеспечивающий высокую степень совмещения дисперсии сополимера ТФЭ/ГФП с вспомогательным пленкообразующим материалом.
Как показали многочисленные опыты, в отсутствие совмещающего агента не достигается гомогенного смешения сополимера ТФЭ/
/ГФП с вспомогательным пленкообразующим материалом вследствие коагулирования последнего в водной среде.
В качестве совмещающего агента пригодны персульфаты, перхлораты и бихроматы щелочных металлов, предпочтителен персульфат калия.
Совмещающий агент должен присутствовать в композиции в количестве 1 — 2 вес. ч. от веса сухого сополимера ТФЭ/ГФП, т. е.
0,38 — 0,3 вес. ч. от веса композиции. При использовании его в количестве менее 1 вес. ч. образуется коагулят; при использовании же совмещающего агента в количестве более
2 вес. ч. возникают трудности, связанные с его растворением.
В качестве водной дисперсии сополимера
ТФЭ/ГФП используют дисперсии, содержащие 40 — 65 вес. ч. твердого вещества с размером частиц от 0,01 до 0,2 мкм, предпочтительно от 0,05 до 0,2 мкм, получаемые водноэмульсионной сополимеризацией тетрафторэтилена с гексафторпропиленом. При концентрации сополимера ТФЭ/ГФП в водной дисперсии менее 40 вес. ч. требуется большее количество (более 2 вес. ч. от веса сухого сополимера) совмещающего агента. Верхний же предел
45 концентрации дисперсии (65% ) определяется тем, что суспензии с большей концентрацией имеют слишком высокую вязкость, затрудняющую гомогенное смешение. При использовании частиц размером более 0,2 мкм образуется композиция, дающая шероховатое покрытие с ухудшенными антифрикционными свойствами.
В качестве вспомогательного пленкообразующего материала пригодны этилцеллюлоза, поливинилацетат, поливинилформаль, полиуретановый лак, эпоксидные смолы и т. д., однако, для получения высокотеплостойких покрытий в качестве вспомогательных пленкообразующих материалов следует применять материалы, не разлагающиеся при температуре спекания сополимера ТФЭ/ГФП, например, полиэфиримидные лаки, получаемые поликонденсацией пиромеллитового диангидрида, ароматических диаминов и полиэфира терефталевой кислоты с применением в качестве растворителя диметилформамида. В качестве растворителя пригодны диметилформамид, диметилсульфон, тетраметилсульфон, диметилтетраметилсульфон, пиридин, N,N-диметилацетамид, N-метилпирролидон, N-метилформамид, N,N-диэтилформамид. Предпочтителен диметилформамид, имеющий поверхностное натяжение при 25 С менее 40 дин/см.
Предпочтительное соотношение сополимера
ТФЭ/ГФП и вспомогательного пленкообразующего материала лежит в пределах от 70: 30 до 10: 90 вес. ч. (в зависимости от заданных свойств композиции) .
С целью повышения износостойкости и твердости в композицию могут дополнительно быть включены наполнители в количестве
0,5 — 3 вес. ч. (от веса композиции). Примерами пригодных наполнителей могут служить дисульфид молибдена, фтористый кальций, газовая сажа, фтористый литий, карбид кремния, кобальтовая синь и т. д.
Предлагаемые композиции наносят на предварительно обезжиренный металлический
cyáñòðàò известным способом и спекают при
150 †3 С.
Пример 1. В коллоидную мельницу, работающую со скоростью 3000 об/мин, загружают следующие компоненты, вес. ч.
Полиэфиримидный лак в диметилформамиде с концентрацией 15 65% 250
Водная суспензия сополимера
ТФЭ/ГФП (88 —:12) с концентрацией 56,35% и размером частиц 0,05 — 0,2 мкм 80
Персульфат калия (1 вес. от веса сухого сополимера) 0,4
Загрузку обрабатывают в коллоидной мельнице в течение 30 мин и получают композицию состава, вес. ч.:
Полиэфиримид
- -,Диметилформамид
Сополимер ТФЭ/ГФП
559936
Вода 10,58
Персульфат калия 0,12
Затем в композицию на той же коллоидной мельнице вводят газовую сажу в количестве
5 вес. ч., отфильтровывают через фильтр для краски с получением однородной композиции, не содержащей каогулята. Композицию наноХ а р а к т е р и с т и к и
Композиция по примеру
Наполнитель, о; к весу композиции по сухому остатку
Внешний вид поверхности износостойкость (м) (толшина
100 мкм) термодеструкци я, 0С относительн 1я износостойкость адгезия (класс) 7400
56000
Гладкое
Гладкое
Газовая сажа — 6,35
400
381
Кобальтовая синь— — 9,7
Газовая сажа — 8,6— — 2,15
400
1200
176400
Гладкое
400
205
30100
1!!ероховатое, много каогчлята
Газовая сажа — -6,6
400
328
4S 00
Ц1ероховатое, заметен каогчлят
Гладкое
Газовал сажа — 6,35.. 0Î
50100
Окись хрома — 4,4
Газовая сажа — 0,7
400
341
Шероховатое, заметен каогулят
Гладкое
-100
375
55,125
Газовая сажа — 4,5
Получить ие удалось, очень велика вя зкость дисперсии c0ll Jлимера
То же
400
462
67920
Шероховатая
Газовая сажа — 8,6— — 2,15
400
Очень слабая адгез :.я к субстрату
147
Гладкая
Покрытие нэ сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом
П р и и е ч а н и я. Износостоикость характеризуется по пути пробега (в метрах) пэ покрытию тол1ииио i
100 мкм стального шарика д1аметром 5 мм нагрузко1i 11,5 кг 1о прод:.Iðà покрытия.
Относительная износостойкость в сравн H.è с изиосостойкостью покоытия из чистого
coIIo1HMPpB тетрафторэтилена с гексафтоопроп ..леном, принятой çà 1.
Адгезия определялась в соответствии с ГОСТ 151-!О- 69.
160
20 3,19
2,47
0,0388
Пример 2. В коллондную мельницу загружают следующие компоненты, вес. ч.:
Полиэфиримидный лак в диметилформамиде с концентрацией 15 65% 800
Водная дисперсия сополимера
ТФЭ/ГФП с концентрацией
58,65% и размером част1.;и
0,05 — 0,2 мкм
Бихромат калия (2% от веса сухого сополимера) 15
Загрузку обрабатывг1от в коллоидной мельнице в течение 30 мин и получают композицию состава, вес. ч.:
Полиэфиримид 12.79
Диметилформамид 70,42
Сополимер ТФЭ/ГФП 9,75
Вода 6,96
Бихромат калия 0,156
Затем В ком позиеIию IIB той же 1 01лопдной мельнице вводят кобальтовую синь в количестве 20 вес. ч. Композицию обрабатывают и спекают на субстрате по примеру 1. Получасят на предварптс,111m обезжнренны11 субстрат из непжавсюп1ей стали и спекают в течение 15 мин прп 50 С, 30 мш! — прп 240 С и 15 мин — прп 340 С.
5 B результате полу1ают гладкое покрытие. обладающее высокой адгсзпей к с бстрату и износоустойчпвостью (см. таблицу). ют гладкое покрытие с высокой адгезпей и субстрату и пз11осоустоичнвостью (см. таблп10 цу) .
Пример 3. В коллопдную мельницу заГD æBIÎò c,1ÑÄ1 101)IIIÐ компоненты, Вес. ч.:
Полнэфпримпдный лак в диметп1форм . Iндс с кОпцснтрацпе,-1 1 - э 6О о/, 500
Водная дисперсия сополпмсра
ТФЭ/ГФП (88; 12) с концентрацией 56.35% и размером ! асти ц О. 05 — 0,2 м и м 30
ПЕреуЛЬфат Ка,1ия (1,5 "о От веса сухого сополпмера) 0 2
Загрузку обраоатывают в коллоидпой мельнице в течение 30»1!11 и получают композпilIIIO C0CTBBB, вес. %;
25 Полиэфпрпмнд 14.76
Диметилформамнд 75,94
Сопо111мер тстрафторэтплена с гсксBфторпропплеHом
Вода
30 Персульфат калия
559936
200
35
45
:0
60
Затем в композицию на той же коллоидиой мельнице вводят флюорит (СаРг) в количестве 2 вес. ч. и газовую сажу в количестве 8 вес. ч. Композицию обрабатывают и спекают на субстрате по примеру 1.
Получают гладкое покрытие, обладающее высокой адгезией к субстрату и износоустойчивостью (см. таблицу).
Пример 4 (контрольный в отсутствие совмещающего агента) .
В коллоидную мельницу загружают следующие ингредиенты, вес. ч.:
Полиэфиримидный лак в диметилформамиде с концентрацией 15 65% 800
Водная дисперсия сополимера
ТФЭ/ГФП (90: 10) с концентрацией 58,65% и размером частиц 0,05 — 0,2 мкм 200
Загрузку обрабатывают в коллоидной мельнице в течение 30 мин и получают композицию состава, вес. %:
Полиэфиримид 12,52
Диметилформамид 67,48
Сополимер ТФЭ/ГФП 11,77
Вода 8,23
Затем в композицию на той же коллоидной мельнице вводят газовую сажу в количестве
15 вес. ч. Композицию обрабатывают и спекают на субстрате по примеру 1.
Покрытие получается неоднородное, содержащее большое количество каогулята, и имеет шероховатую поверхность (см. таблицу).
Пример 5. В коллоидную мельницу загружают следующие ингредиенты, вес. ч.:
Полиэфиримидный лак в диметилформамиде с концентрацией 15 65% 250
Водная дисперсия сополимера
ТФЭ/ГФП (88: 12) с концентрацией 56,35% с размером частиц 0,05 — 0,2 мкм 80
Персульфат калия (0,5% от веса сухого сополимера) 0,2
Загрузку обрабатывают в коллоидной мельнице в течение 30 мин и получают композицию состава, вес. ч.:
Полиэфиримид 11,85
Диметилформамид 63,86
Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом 13,65
Вода 10,58
Персульфат калия 0,061
Затем в композицию на той же коллоидной мельнице вводят газовую сажу в количестве
5 вес. ч. Композицию обрабатывают и спекают по примеру 1.
Покрытие получается неоднородное и содержит каогулят (см. таблицу) .
Пример 6 (контрольный с добавлением совмещающего агента в количестве
2,7 вес.%).
В коллоидную мельницу загружают следующие ингредиенты, вес. ч.:
Полиэфиримидиый лак в диметилформамиде с концентрацией 15 65% 800
Водная дисперсия сополимера
ТФЭ/ГФП (88: 12) с концентрацией 56,65% и размером частиц 0,05 — 0,2 мкм
Бихромат калия (2,7% от веса сухого сополимера) 3
Загрузку обрабатывают в коллоидной мельнице в течение 30 мин и получают композицию состава, вес. ч.:
Полиэфиримид 12,42
Диметилформамид 87,38
Сополимер тетрафторэтилеиа с гсксафторпропиленом 11,20
Вода 8,71
Бихромат калия 0,29
Зятем в композицию иа той же коллоидной мельнице вводят окись хрома в количестве
10 вес. ч. Композицию обрабатывают и сискают по примеру 1, однако, при фильтровании ия фильтре обнаруживают кристаллики бихрома калия (примерио 1/3 от введенного количества), которые не раствори,чись. Это свидетельствует о том, что вводить совмещенный агент в количестве более 2 вес. ч. нецелесообразно.
Пример 7 (контрольный, концентрация водной дисперсии сополимера 35%).
В коллоидную мельницу загружают следующие ингредиенты. вес. ч.:
Полиэфиримидный лак в димстилформамиде (концентрация 15,65% ) 250
Водная дисперсия сополимеря
ТФЭ/ГФП (88: 12) с концентрацией 35% и размером частиц 0,05 — 0,2 мкм 100
Персульфат калия 0,7
Загрузку обрабатывают в коллоидной мельнице в течение 30 мин и получают композицию состава, вес. ч.:
Полиэфиримид 11,63
Диметилформамид 60,13
Сополимер ТФЭ/ГФП 9,98
Вода 18,54
Персульфат калия 0,19
Затем в композицию на той же коллоидной мельнице вводят газовую сажу в количестве
5 вес. ч. Композицию обрабатывают и спекают по примеру 1. Покрытие получается шероховатым (см. таблицу) .
Пример 8 (контрольный, концентрация водной дисперсии сополимера 65%).
В коллоидную мельницу загружают следующие ингредиенты, вес. ч.:
Полиэфиримидный лак в диметилформамиде 250
Водная дисперсию сополимера
ТФЭ/ГФП (88: 12) с концентрацией 65% и размером частиц 0,05 — 0,2 мкм 100
Персульфат калия 1,35
559936
10
Формула изобретения
17
Составитель Т. Никольская
Редактор Т. Никольская Техред И. Карандашова Корректор Л. Брахнина
Заказ 1376717 Изд. М 497 Тираж 630 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
Загрузку обрабатывают в коллоидной мельнице в течение 30 мин и получают композицию состава, вес. ч.:
Полиэфиримид
Диметилформамид
Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом 18,50
Вода 9,96
Персульфат калия 0,38
Затем в композицию на той же коллоидной мельнице вводят газовую сажу в количестве
5 вес. ч. Композицию обрабатывают и спекают по примеру 1. Покрытие получилось гладкое, с высокой адгезией к субстрату и высокой пзносоустойчивостью (см. таблицу).
Пр и м ер 9 (контрольный, концентрация водной дисперсии сополимера более 65 /о).
В коллоидную мельницу загружают следующие ингредиенты, вес. ч.:
Полиэфиримидный лак в диметилформамиде с концентрацией 15,65% 800
Водная дисперсия сополимера
ТФЭ/ГФП (88: 12), с концентрацией 67% и размером частиц 0,05 — 0,2 мкм 200
Персульфат калия 2
Загрузку обрабатывают в коллоидной мельнице в течение 30 мин, но получить композицию не удалось из-за высокой вязкости дисперсии сополимера (см. таблицу).
Пример 10 (контрольный, композицию получают известным способом).
В шаровую мельницу загружают следующие ингредиенты, вес. ч.:
Полиэфиримиднь|й лак в диметилформамидс с концентрацией 15,65% 500
Сополимер ТФЭ/ГФП (88: 12) в виде сухого порошка с размером частиц 1 — 3 мкм
Газовая сажа
Флюорит
Загрузку обрабатывают в течение 24 час, а затем наносят на металлический субстрат и спекают по примеру 1. При этом получают покрытие с шероховатой поверхностью и с более низкой износостойкостью по сравнению с износостойко стью покрытия, полученного предлагаемым способом (см. таблицу).
В таблице представлена сравнительная характеристика покрытий, полученных по предлагаемому и известному способам.
15 Композиция для покрытий антифрикционного назначения, включающая сополимер, содержащий 75 — 95 вес. % тетрафторэтилена с
25 — 5 вес. % гексафторпропилена, органическую жидкость. имеющую поверхностное на20 тяжение при 25 С менее 40 дин/см, и вспомогательный высокомолекулярный пленкообразователь, отл ич а юща я ся тем, что, с целью улучшения антифрикционных свойств покрытия и ускорения процесса получения композиции, сополимер имеет частицы размером от 0,05 до 0,2 мкм, и композиция дополнительно содержит воду и персульфат, перхлорат или бихромат щелочного металла при следующем соотношении компонента, вес. ч.:
30 Сополимер указанного состава 18,5 — 2,0
Вода 18,43 — 1,08
Органическая жидкость 45,60 — 88,20
Вспомогательный высокомолекулярный пленкообразователь 7,78 — 18,0
Персульфат, перхлорат или бихромат щелочного металла 0,38 — 0.03
40 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Патент Англии Ме 1228438, кл. С 3Р, опубл. 15.04.71.