Выбор эпоксидной композиции для восстановления посадочных мест под подшипники корпусных деталей

19 Сентября 2012

Описан принцип составления эпоксидных композиций из эпоксидных смол, отвердителей и наполнителей. Наполнители придают композиции свойства, позволяющие ее использовать для восстановления дефектных мест деталей или восстановления посадочных мест под подшипники качения.

В качестве полимерного связующего для получения покрытий наиболее широкое применение находит эпоксидная смола ЭД-16 с содержанием эпоксидных групп 14...18 % и средним молекулярным весом 500. Смола представляет собой вязкую медленно растекающуюся жидкость светло-коричневого цвета. В отвержденном состоянии смола ЭД-16 обладает высокой адгезионной способностью, хорошими механическими характеристиками, высокой стойкостью к действию повышенных температур, отсутствием выделений летучих веществ в процессе полимеризации и малой способностью к усадочным явлениям.

Отвердителями эпоксидных смол могут служить амины (этилендиамин, гексаметил, полиэтиленполиамин и др.), ангидриды кислот (маленовый, фталевый и др.), низкомолекулярные полиамиды (Л-18, Л-19, Л-20) и другие соединения. Выбор отвердителя зависит от назначения эпоксидной композиции. Для получения тонкослойных покрытий наибольший интерес представляют аминные отвердители и низкомолекулярные смолы, которые возможно применять для отверждения и при низких температурах. Низкомолекулярные полиамидные смолы являются продуктами димеризованных метиловых эфиров, жирных кислот льняного или соевого масла и различных фракций полиэтиленполиамина.

Наиболее технологичным, дешевым, а поэтому наиболее распространенным отвердителем является полиэтиленполиамин (ПЭА). Полиэтиленполиамин представляет собой маслянистую жидкость со специфическим запахом и окраской от светло-желтой до темно-бурой, с температурой кипения 277 ºС и плотностью 0,33...1,03 г/см³. Он растворим в воде и гигроскопичен. При расчете необходимого количества полиэтиленполиамина важную роль играет точное значение эпоксидного числа и эквивалента в расчете на активный водород. Количество полиэтиленполиамина, необходимого для отверждения эпоксидной смолы ЭД-16, рассчитывают по формуле А = αК, где А — количество отвердителя, необходимое для отверждения 100 частей (по массе) эпоксидной смолы; К — содержание эпоксидных групп в смоле, %; α — коэффициент, учитывающий эквивалент в расчете на активный водород (α = 0,65...0,7 для полиэтиленполиамина ГИПХ, α = 0,77...0,81 для полиэтиленполиамина Нижнетагильского завода пластмасс).

Недостаток полиэтиленполиамина приводит к увеличению времени отверждения композиции, так как в этом случае в избытке остаются непрореагированные эпоксидные группы, что приводит к снижению прочности и ухудшению всех физико-механических свойств композиции.

Увеличение количества полиэтиленполиамина с 6 до 10 частей (по массе) приводит к увеличению прочности на разрыв адгезии, теплостойкости и незначительному снижению относительного удлинения.

При введении в композицию более 10 частей (по массе) полиэтиленполиамина наблюдается увеличение скорости отверждения, что приводит к интенсивному снижению рассматриваемых веществ в смоле, отвержденной при комнатной температуре. Избыток полиэтиленполиамина оказывает пластифицирующее действие. Введение избыточного количества отвердителя приводит к снижению микротвердости, теплостойкости и водостойкости, к коррозии меди и латуни.

Для получения покрытий с оптимальными физико-механическими свойствами количество отвердителя в эпоксидной композиции должно составлять 9... 12 частей (по массе).

При отверждении эпоксидных смол полиэтиленполиамина при комнатной температуре 20...30 % эпоксидных групп остаются непрореагированными, следовательно, физико-механические свойства таких покрытий ниже, чем покрытий, отвержденных при тепловом воздействии. Даже при отверждении при комнатной температуре в течение 45 суток количество вымываемого вещества в эпоксидной композиции составляет 12... 13 %.

Скорость структурирования эпоксидного состава с повышением температуры отверждения возрастает, так как возрастает реакционная способность отвердителя. Ускорение структурирования состава при повышении температуры обусловлено снижением вязкости реакционной системы, повышением подвижности функциональных групп и возрастанием скорости их воздействия.

Физико-механические свойства отвержденных эпоксидных составов и стабильность их характеристик при эксплуатации определяются завершенностью процесса отверждения. Так, минимальная прочность сцепления эпоксидной композиции получается при отверждении в течение 40 ч при 100 °С. При этом количество неотвержденной части, вымываемой из отвержденной композиции, составляет 2 %. Поэтому для ускорения процесса отверждения и повышения физико-механических свойств эпоксидных композиций рекомендуется их отверждение проводить при температуре, превышающей температуру стеклования.

Для повышения эластичности и ударной вязкости, снижения хрупкости эпоксидных композиций в их состав вводят пластификаторы или эластомеры типа герметика 6Ф. Наибольшее распространение в качестве пластификатора получил дибутилфталат, представляющий собой маслянистую высококипящую жидкость, хорошо смешивающуюся с эпоксидной смолой. Наличие пластификатора в составе эпоксидной композиции оказывает влияние на процесс отверждения, несколько замедляя скорость отверждения. Увеличение количества введенного дибутилфталата приводит к снижению адгезионной прочности и твердости эпоксидных покрытий. Пластификатор не принимает участия в структурировании эпоксидной смолы, и долгое время остается в композиции, медленно высыхая и затягивая процесс отверждения (до 45 суток и более при температуре 25 °С), в результате возникают внутренние напряжения, и снижается прочность покрытия.

Более эффективным способом снижения хрупкости эпоксидной композиции, повышения прочности и ударной вязкости является введение в состав композиции эластофицирующего агента — герметика 6Ф. Герметик 6Ф представляет собой продукт совмещения каучука СКН-40 со смолой ФКУ на основе замешанного фенола винилацетиленовой структуры. Он имеет более высокие физико-механические свойства, большую стойкость к агрессивным средам. Герметик 6Ф вводят в состав эпоксидной композиции вслед за пластификатором, и они вместе значительно снижают вязкость полимерной составляющей. Наличие эластомера 6Ф в составе композиции позволяет увеличить количество вводимого в композицию наполнителя.

Введение в эпоксидную композицию наполнителей позволяет улучшить их физико-механические свойства, снизить стоимость. Количество вводимых наполнителей определяется назначением композиции и природой наполнителя. В качестве наполнителей применяют графит, кварцевую муку, железный и чугунный порошки, алюминиевую и бронзовую пудру, стекловолокно, оксиды и карбиды кремния, титана и др.

Для ремонта изношенных гнезд вкладышей коренных подшипников блоков двигателей и посадочных мест под подшипники качения картеров коробок передач выбрана эпоксидная композиция, содержащая следующие компоненты (в частях по массе): эпоксидную смолу ЭД-16 — 100; дибутилфталат — 10; чугунный порошок — 160; графит — 6; герметик 6Ф — 10; полиэтиленполиамин — 10.

А.А.Гаджиев, А.А. Агуреев, Б.М. Богданов
Журнал «Ремонт, восстановление, модернизация», № 8, 2004 г.