Способ получения покрытий на металлических деталях
Иллюстрации
Показать всеРеферат
B Е. Старжинский, С. С. Песецкий, О. Н» Алексайдрова, .
В. Н. Львовский и Е. А. Степаненко (72) Авторы нэобретення
Институт механики металлополимерных систем
АН Белорусской ССР (73) Зввввтель
154) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА НЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ДЕТАЛЯХ
Изобретение относится к технологии получения покрытий на различных изделиях и может быть использовано на различных предприятиях, перерабатывающих или использующих полимерные материалы.
Известно использование покрытий из уретановых термоэластопластов для техники средств связи. Здесь их можно эффективно использовать, например,, для защиты геталлических детапей от коррозии .при одновременном демпфировании механических, в том числе высокочастотных ударных, нагружений t 1 1.
1 4
Современная техника средств свя . эи, в частности телеграфные аппараты, должны работать в жестких условиях, в том числе при повывенной влажнос-, ти. В этих условиях адгезионная связь между покрытием и металлической деталью гюжет практически полностью разруеиться, в результате чего прои2 зойдет отслаивание покрытия, и деталь гютеряет работоспособность.
В известных технических решениях вопросам повыщения стойкости .адгеэи:онного соединения покрытий-иэ уретановых термоэластопластов во влажной атмосфере или воде должного внимания не уделяется. Так, например, известен способ получения гюлимер1В ных покрытий, заключающийся в том, что на гюверхность детали наносят раствор полимера в органическом раст-, ворителе, который затвм удаляют 2)
Однако покрытия из уретановых термоэластопластов, нанесенные таким образом, практически полностью отслаиваются через 0,5-1 ч. пребывания . в воде при комнатной температуре. в Наносить гюкрытия можно и путем оплавления дисперсного термоэластопласта или его п6енки на поверхности, предварительно. нагретой металличес-. кой детали 31.
3 9
Основными факторами, определяющими адгезионные овойства покрытий, при этом являются температура металлической детали в момент оплавления полимера, температура и длительность термообработки покрытия на металле. Использование указанного метода не позволяет получать адгезионные соединения, устойчивость которых в воде сохранялась бы длительное время.
Наиболее близок к предлагаемому способ получения покрытий на металлических деталях, разработанный для усиления адгезии к металлу уре" танового термоэластопласта урелана.
Его сущность заключается в предварительной обработке поверхности детали (перед нанесением покрытия) 1-5Ô-ным масс. раствором сме1си урелана с термореактивным связующим (резольной феноло-формальдегидной смолы), взятых в массовом соотношении от 1:9 до,9:1 и выдержке при 150-220 С в течение 10-60 ен . после удаления (испарения) растворителя, последующем нанесении покрытия на основе уретанового, термоэластопласта и термообработке его при комнатной температуре (41.
Способ обеспечивает существенное увеличение адгезии термоэластопласта к металлу, однако, как показала практика, водостойкость адгезионного соединения все же недостаточна.
Целью изобретения является повышение адгеэионной прочности и водостойкости .покрытия.
Поставленная цель достигается тем, что при получении покрытий на . металлических деталях путем предварительной обработки поверхности детали 1-5 масс.Ф раствором в органическом растворителе смеси уретанового термоэластопласта с термореактивным связующим, термообработки детали после испарения растворителя при 150-220 С в течение 10-60 мин и последующего нанесения покрытия на основе уретанового термоэластопласта и термообработки его, в качестse термореактивного связующего используют полиэфиримидную смолу при соотношении уретанового термоэласто" ппаста и полиэфиримидной смолы от
1:9 до 6:1 и термообработку покрытия осуществляют при 140-190 С в течео .ние 10-40 мин.
78945 4
В качестве полиэфиримидных смол используют смолы марок ПЭИ-25 (ТУ-6-15-948-75), являющиеся продуктом . поликонденсации полиэтиленгликольглицеринтерафталата с тримеллитовым ангидридом и диаминодифенилметаном с содержанием имидной части
25+24 ПЭ-955 по.ТУ 6-10-44-78, г представляющую собой раствор поли1в эфиримидной смолы (смола получается взаимодействием полиэфира, синтезируемого взаимодействием диметилтерефталата, этиленгликоля и глицерина с тримеллитовым ангид1 рядом и диаминодифенилметаном) "в смеси растворителей крезола и сольвента каменноугольного, лак F =35 (теребек), основным компонентом которого является полиэфиримидная смола, з причем при ее синтезе используется полиэфир на основе терефталевой кислоты. (5).
В качестве уретановых термопластов используют урелан 11-85 и уре-. з лан С-4 $6), являющиеся продукта ми поликонденсации олиготетраметиленгликоля, 4,44-дифенилметандиизоцианата и 1,4-тетраметиленгликоля при различном соотношении между компоненз© тами, десмопан вторичный (ТУ 38.30. .348"73) является продуктом переработки отходов и изделий из первичного десмопана, десмопан относится к классу уретановых термоэластопластов, его молекулярная масса равна 30000-40000, он является растворииам слабо сшитым полимером, синтезируют десмопан взаимодействием простого олигоэфира с диизоцианатом, а на образующийся продукт (преполимер) действуют избытком низкомолекулярного диола Г2).
На эффективность способа не оказывают существенного влияния концентрация раствора и состав растворителей, используеюех для растворения уретанового термоэластопласта и папиэфиримидной смолы. Наиболее эффективными растворителями являются в тетрагидрофуран и диметилформамид.
Концентрация раствора для предва .рительной обработки поверхности металла, как и по технологии прототипа, по технологическим соображениям (главным образом с точки зрения необходимости получения на металле как южно более тонкой и сплошной плен.ки) принимается равной 1-5 масс.4.
5 9789
Пример 1. Получение образцов с покрытиями из урелана С-4;
Приготавливают растворы для получения покрытий (204-ный раствор урелана С-4J и предварительной обработ- s ки поверхности металла перед нанесением покрытия (1-53-ные растворы в тетрагидрофуране смеси урелана С-4 и полиэфиримидных смол ПЭИ-25, $ --35., или ПЭ-955, взятых в определенном соотношении, Предварительно было установлено, что концентрация растввра в указанных пределах на адгезионные свойства покрытий существенного влияния не оказывает. Затем на поверхность обезжиренной в ацетоне подложки (стальной ленты или алюминиевой фольги) наносят методом полива раствор для предварительной обработки и испаряют тетрагидрофуран. Испа- 20 рение производят при комнатной температуре в течение 1-2 ч, .После испарения растворителя образцы помещают в термошкаф на термообработку. Затем их извлекают из тер-25 мошкафа, охлаждают до комнатной температуры и наносят покрытие из урелана С-4, Для этого на горизонтально установленные подложки поверхности подложек, покрытые смесью .урелан Зо
С-4-полиэфиривдная смола) наносят
204-ный раствор урелана С-4. Сушка продолжается 10-15 ч. Объем раствора урелана С-4, наносимого на подлож ку, выбирают с таким расчетом, чтобы толщина покрытия после испарения тетрагидрофурана составляла 300 мкм.
Затем подложку с нанесенным на нее покрытием помещают s термошкаф и термообрабатывают (оплавляют) покрытие по определенному температурно-временному режиму.
Конкретные режимы термообработки на металле смеси урелан С-4-полиэфиримидная смола и собственно покрытия указаны в примечаниях к таблицам экспериментальных данных (см. табл.
1-6).
Технология получения образцов с покрытиями из десмопана полностью соответствует технологии, описанной в примере
Пример 2 . Получение образцов с покрытиями из урелана 11-85.
Урелан 11-85 растворяется зна55 чительно труднее урелана С-4 и десмопана, приготовление его концентрированных растворов затруднительно.
Поэтому покрытия и 3 урел ан а 1 1-85
45. б наносят путем оплавления (термообра= ботки) пленок толщиной 300-320 мкм на подложке. Пленки изготавливали методом горячего прессования из крошки урелана 11-85. Режим прессования: температура 170р5ОС, длительность 60 с, давление 100 кгс/см.
Раствор для предварительной обработки подложки представляет собой
1-2 -ный раствор смеси урелана 11-85 и полизфирии дной смолы, взятых в определенном соотношении в диметилформамиде.
Последовательность операций при получении образцов в целок аналогична описанной в примере 1: вначале на подложку наносят раствор для предварительной обработки, высушивают раствори тел ь (температура сушки 100 С, длительность 1 ч) и термообрабатывают по определенному режиму (указан в примечаниях к таблицам экспериментальных данных), затем на подложку, покрытую смесью урелана 11-85 и полиэфиримидной смолы, накладывают пленку урелана .11-85 и помещают образец в термокамеру на термообработку (режим указан в примечаниях к таблицам экспериментальных данных),далее образцы помещают в воду и определяют их адгезионную прочность.
При использовании данного crioco". ба поверхность металла, подлежащую облицовке, обрабатывают 2 -ным раствором смеси уретанового термоэласто пласта и ПЭИС в тетрагидрофуране.
После испарения Растворителя (температура,испарения комнатная) ее помещают в термошкаф на термообработку, после окончания которой наносят пакрытие поливом 20 -ного раствора в тетрагидрофуране -урелан -С-4 и десмопана из урелана 11-85 — оплавлением (термообработкой) пленок этого материала на металле по определен- . ному режиму (см. табл. 1-4).
Прочность адгезионного соединения покрытий с металлом (адгезию) оценивают путем их отслаивания от метало лической подложки под углом 180 и характеризуют удельным усилием отс-,, лаивания. Испытания проводят на машине ZP-40 при скорости перемещения подвижного зажима 50 мм/мин.
Для оценки водостойкости адгезионного соединения облицовок с металлом образцы помещают в емкость с водопроводной водой, где выдержи; вают при 20-25 С определенное вре»»»
Прочность соединения облицовки с металлом (кн/и) в зависимости от длительности еадер
Способ получения обвщовхи кки образцов в воде (сут)
05 . 1 10
L »
»»»»»
I 5 20 26 30
»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»
Известный (прототип) 2, 1 1,6
3.5 предварительная обработка поверхности металла раствором урелана С-4 в ТГФ
1
» » », »
Йо иэобретеннюэ массовое соотнааение урелана
С 4 и ВЭИС Ь растворе для предварительной обработки поверхности металла (отн . един. ) . 6:1
К К К 3,6 2,6 1,4
К .К К K 38
К К К К К К
K К
К К
К К
1:3
Йредварнтельная обработка поверх» ности металла с раствором ПЗИС в.тетрагмдрофуране 0:1
»» »» »
30 29 25 11 02 е»»аВ»
Й р и и е ч а и н е 1 . Прочерки означают, что прочность соедмненим умен@вилась до нензмрримо малых значений.
2 . Ьуква "К" характеризует соединемия, раэрувающиеся при испытании когеэионно Ао материалу покрытий, т.е. адге» зионная прочность при этом превыиает когезионну» прочность материала покрмтия (абсолютное значение когезион ной прочности покрытий толареной 300 мкм и аирмной
1 си составляет 4, 3-4, 5 кН/и) .. .3 . Температура (Т) и время (С) термообработки на металле: смеси урелан С-4+ПЭ11С - Т -1804C, е 30 мин, покритня- Т 150аС; 6 2ll мим.
7 978945 8 мя, а затем определяют их адгезию. температура 160-220еС, длительность
3а величину водостойкости принимают 10-60 мин (табл, 2). время экспонирования образцов в : 4) Оптимальный режим термообра.воде до момента начапа резкого сни- ботки покрытия на поверхности металу жения адгезии ° лической подложки, предварительно
Результаты экспериментов приведе- обработанной композицией уретановый ны в таблицах 1-8. Их анализ позво- термоэластопласт - ПЭИС: температуляет сделать следующие выводы: ра 140-190 С, длительность 10-40 мин
1) Водостойкость адгезионного сое- (табл. 3). динения покрытий с металлом при ис- 10 пользовании данного способа увеличи" 5) Способ эффективен для получевается более чем в 30 раэ (табл. t,4). ния покрытий на разных металлах израз2 ) Оптимальное соотношение между личных марок уретановых термоэластокомпонентами (уретановым термоэлас" пластов и при использовании для предтопластом и ПЭИС) в растворе, исполь- 1у, варительной обработки различных ПЭИС зуемом для обработки поверхности ме- (та&. 2,4). тапла перед нанесением покрытий, 6) Данный способ обеспечивает
1:9-6:1 (табл. 1). также повышение адгезионной прочнос3) Оптимальный режим термообработ- ти до уровня когезионной прочноски на металле композиции из смеси 20 ти уретанового термоэластопласта уретеновый термоэластопласт-ПЭИС: (табл. 1-4).
Таблиц а1
Влияние состава раствора для предвармтельной обработки поверхности мет4лла (стали) перед нанесением облицовки из урелана С-4 на водостойкость адгеэнонного соединения
9 978945 10
Таблица2
Влияние температурно-временного режима выдержки на воздухе металлической подложки, обработанной смесьв урелан С-4+ПЭИС, на водостойкость адгезионного соединения Температура выдерже еС
Длительность выдержки, мин
Прочность соединения облицовки с металлом (кН/и ) в зависимости от длительности выдержки образцов в воде (сут7
10 20
П р и и е.м а н и е 1,. ббработку производили раствором смеси урелан С-4:ПЭИС 1:3, концентрация раствора
-составляла 23. Тсищина облицовки 300 мкм.
2 . Условия термообработки покрытия на металле:
Т150 С; В 30 мин.
3 . Обозначения те же, что и в табл. 1.
4 . Результат, обозначенный звездочкой, получен при использовании в качестве подложки алюминиевой фольги. Таблица3
Влияние условий термообработки покрытия из урелана С-4 на металлической подложке на прочность соединения
Прочность соединения облицовки с металлом, кН/м
Длительность термообработки, мин
Температура термообработки, Ос
П р и м е ч а н и в 1 . Подложка предварительно обрабатывалась раствором смеси урелан С-4:ПЭИС 1:3.
2 . Обс?значения те же .что и в табл. 1 °
180 l 80
200
60 20
О
К К 2,6
К К 2,2
К К К
К К К .К К . 24
К 3,6 2 5
К К К
1,5
3,6
4,3/K/
3,8/К/
2,2/К/
4,0/K/
2,7/K/
1,5
1 7
К
К
1,1
0,8 .К
9789115 .
12
Т еблN ц а
0лилнив лрнродм лолизФнриаюдиа» смав, ислольэуемо» длл евдварительно» юбработил металлмчесно» лоеврмностм, и уретанового термозластолласта, ислолъзувного длл лолученмл лопрмтме, ма лрдчноств
N во»осто»иост ° адгвэионного соединение
ЮЮ»ее
Состав cwcN длл обработаю ловерхности металла
Известии» (лрототмл) 3.3
Уралам С-М
O ФФС
Двсмолан (иэ растворе) 3,2
Десмонан+
+ ФФС
3 4 3
По иэобрвте- Уралам С-4, ни® (иэ раствора) Урелан С 4+
+ ПЗИ-29 к к
К К к к к
Десмолан+
+ Щф«2Я
Юе ЮЮЮФ ФЮФФФЮФЮ е Фее ее ФФ
6 р N и е ч в N N e 1 . Teanepatypa (Т) и време ф) тврнообработiеi на ueranne
cNecN терноэластолласт - смоле N собственно облицоеии оп» тималыве: длл снеси термозластолласт- смола Т1004С,. Г 30 мн, длл обликами Т1фвС, Ф20 фем.
Ь
2 . Обозначении те ле, что и ° табл.3.
3 ° ApN данном спосо64 массовое coofHooenne лэнду уретало» еии термозластомвстом м йЗКС 1:3. йатериел ойвщовкн и слособ ецио нанесение
Уралам СФ4 (иэ раствора)
Урелан 11-09 (оллавление млении на металле) .. Урелан 11-бз (оллавленне лленю\ на нв тэв ле)
Двсмолан (иэ раствора) е
Уралам С-4+
+ ФФС
Уредан С«4+
+ ФФС
Урелан С 4+
+ 1"35
Урелан-С-4+
+ 113-95$
Урелан 11 SS+
+ ПЗМ-25
Ф Ф Ф Ю Е О О Оеееаейеее йрочност ь адгеэионного совдиненмл (кН/w) е зависимости от длительности вмдермни образцов ° воде (сут) ее е Фее ае Фа Фе Ф1
0 10 20 30
«е ее е а«Фее е ееее е«Ф
13 9И945
Состав смеси для обработки поверхности металла
1 х Урелан 11-85+
+ ПЭИ-25 К К К
K 4 3
Материал облицовки (способ его нанесения) Прочность адгезионного соединения облицовки о металлом (кН/м) в зависимости от длительности выдержки образцов в.воде. (сут) Урелан 11-85
Е опла влени е ,пленки на подложке) Урелан 11-.85+
-35
3,8
Урелан 11-85+
+ПЭ-955
3,8
Десмопан (иэ раствора) я. Десмопан+
+ ПЭИ"25
Десмопан+
+.Г-35
4,0
Десмопан+
+ ПЭ-955
4,3
3,8
° В ЭЮ ° ЮЮ Ю
"ри мe÷ ание1
Обозначения те же, что и в табл. 1.
Условия формирования образцов указаны в ri.l примечания к табл. l.
Соотношение термоэластопласт:полиэфиримидная смола в растворе для предварительной обработки подложки оптимально - 1:3 (масс.ч).
Данные, обозначенные звездочкой, взяты из табл. 4.
Таблица5
Влияние природы полиэфиримидной смолы, используемой в растворе для предварительной обработки, на прочность адгезионного соединения. покрытий иэ урелана 11-85 и десмо,пана с подложкой из стали (стальной лентой) 15
978945
Таблица 6
Влияние соотношения между компонентаю в растворе для предварительной обработки поверхности металла (стальной ленты): -перед нанесением облицовки из урела-. на 11-85 на прочность адгезионного соединения е аеею ° аа»еааюеюее е ью»еаФ «еаааеееееееееееееееееееееееееааее е ееаьеаьюе ееее аьею
Соотношение уре- Прочность адгезионяого соединения лан 11-85:ПЭИ-25 облицовки с металлом (кй/м) в зависив растворе для мости от длительности выдрржки образцов предварительной в воде,,(сут. ) обработки металла.
»ааею ею»ее»ее ю ююееею е ю е ю е ч отн. масс.ч. 0 . 10 20 : 30 еаь е а е аь е е ю ь» е аа е е е е и ю е еа е аа е ю е е е,е е аа е ю ееюе е
6:1, К
3:1 К
1:3 К
1:9 К
0,3
К
К
0,2
312
К.
К
2 7
К
К
К
4,1 ю»» ае» ь»»»»»»»»»»Е»аЬ ° »»а ю»»»»юеюеааеаьюю
П р и м е ч а и и е 1. Обозначения,те we, что .и в ta6n. 1.
2. Условия термообработки на металле смеси урелана 11 85+03M-25:Ò 180еС, С 30 мин, облицовка
Т 150 С, В 20 мин.
3 ° Толщина облицовок - 300 мкм, когезионная npovность обпицовок при их отслаивании - 4,4-4,6 кН/м...Т аблиц а7
Влияние состава раствора для предварительной обработки поверхности металла перед нанесением облицовки из десмопана на водостойкость адгезионного соединения
° ьйюююеююе»юеаьююе»ю «еюею»ею»ею»ею»е»Фа»ею»ее»ее»» юеюеееее» А»ею»»»»ею еее, 1
Соотношение Прочность соединения облицовки с металлом десмопан: ПЭИ-25 (кй/и) s зависимости от длительности выв растворе для держки образцов в воде при температуре воды ..предварительной 22-25 С (сут) обработки металла
l ) аь » ° е .отн. ед. 1 10 .: 20 30 еаьаььаьююаьаьаььааьеююеюйье юаааьююю »ее»ею»ею юаююаьееюю ею »ее»»»ею юаь»» е аа
1:0 2,8
Ю ° а . ю
-. 6!1 К К 40 08 « .1 K К К К
1 9 К К К К
0! 1 2 7 0 Я е е ьаьаьаью»Ьюе»аьеееааь ъююююеююааюе»ею»ее%ею»ее»ею»ее»ею»ее»»а ааю ье
ill р и м е ч а н и е 1. Условия термообработки на металле - с оси десмопан+ПЗИ -25:Т-18О, Ф 30, мин, облицовки .Т И50 С,® 20 мин.
2. Обозначения те же, что и в табл. описания заявки.
3. Толщина облицовок « 300 мкм, когезионная прочность облицовок при отслаивании - 4,4-4,6 кп /м.
Концентрация раствора составляет 30 35 массА
В табл. 8 представлены механические характеристики покрытий из урелана С4-, сформированных по оптимальным резммам известным способом и по изобретению.
17 978945 18
Таблица8
Механические характеристики облицовок из урелана С-4
Опособ получения облицовок
r по изобретению
Показатель свойств известный
Толщина облицовки, мкм
300+20
300+20
Прочность при растяжении, МПа
14»18!
3-17
Относительное удлинение при разрыве, Ф
600-900
700-900
Таблиц а9
Влияние температурш термообработки облицовок из урелана С-4 на водостойкость адгезионного соединения
Прочность соединения облицовки с металлом (кН/м) в зависимости оТ длительности выдержки образцов в воде при температуре воды 22-25 С (сут.) Температура термообработки, фС
10 (О
140
0.9 0,3
4, 1 (К) 4,0 (К)
3;б (К) 3,4 (K)
2,0(К) Т;6(К) 1 5
4,2(К)
4,0(К)
2 7(К) 3,8(К)
3,2 (К)
1 «3 (К) 190
200
П р и м е ч а н и е 1 . Предварительно обработку подложки производили раствором смеси урелан+ПЭИС=1: 3.
В качестве ПЭИС использовали полизфиримидную смолу ПЭИ-25. Концентрация раствора 23. Толщина облицовки 300 мкм.
2. Температура (Т) и время t ) термообработки на металле смеси урелан+ПЭИС:Т=180 С, Г =30 вен., время термообработки собственно облицовки составляло 20 мин.
3. Обозначения те же, что и в табл. описания заявки; обозначение (К) указывает на когезионный характер разрушения обли- цовок при их отслаивании.
П р и м е ч а н и е 1 . Условия термообработки облицовок".. температура l40 С, длительность - 20 мин.
2 . Образцы для оценки механических характеристик сформированы на пленке из фторопласта -4.
3. Из облицовок после их отслаивания от фторопласта штампом вырубают лопатки с размером шейки l0x2 мм. Испытания лопаток на растяжение производят на машине при скорости переме-. щения подвижного зажима 100 мм/вин.
Формула изобретения
Составитель Т. Бровкина
Редактор Б, федотов Техред И.Гергель Корректор О. Билак (Заказ 9456/12 Тираж 727 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035,.Москва, N-35, Раушская наб., л. 4/5
Филиап ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Таким образом, как следует из приведенных данных, способ по изобретению позволяет получить покрытия с высокой адгезионной прочностью, водостойкостью, что увеличивает срок эксплуатации покрываеьех изделий. ю
Способ получения покрытий на ме- таллических деталях путем предварительной обработки поверхности детали 1-5 мас. Ф-ным раствором в органическом растворителе смеси уре- М танового термоэластопласта с термореактивным связующим, термообработку детали после оспарения растворителя при 150-220 С в течение 10-60 мин и последующего нанесения покрытия íà 2в основе уретанового термоэластопласта и его термообработки, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения адгезионной прочности и водостойкости покрытия, в качестве 2з термореактивного связующего используют полиэфиримидную смолу при соотношении уретанового термозластоппас.
45 20 та и полиэфиримидной смолы от 1:9 до 6:1 и термообработку покрытия о осуществляют при 140-190 С в тече" ние 10-40. мин.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Усович Ю. А., Песецкий С.С., Львовский 8, И., Прозоровский Л.Н; йетодика и некоторые результаты исследовании полимерных материалов для ударостойких покрытий на деталях телеграфной аппаратуры-"Техника с, . средств связи", серия "Техника проводной связи 4, 1977, вып. 7,с.61-04.
2. "Энциклопедия полимеров", т.2, И., Советская энциклопедия, 1974, / с. 12-28.
3. Белый 8, A. и др. Полимерные покрытия, Минск, "Наука и техника", 1978, с. 157.
4. Авторское свидетельство СССР по заявкв в". 2858635/23- 05, кл. S 05 0 3/02, 1979 (прототип).
5. "Новые лаки для эмалирования проводов", M., Информэлектро, 1972, с..33-35.
6. Урелан-уретановый термоэластопласт. ТУ 38.403.0006-77.