close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10001

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.12.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 09K 3/10
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
ДЛЯ САЛЬНИКОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ
(21) Номер заявки: a 20050711
(22) 2005.07.13
(43) 2007.04.30
(71) Заявитель: Открытое акционерное
общество "Белкард" (BY)
(72) Авторы: Струк Василий Александрович; Кравченко Виктор Иванович;
Костюкович Геннадий Александрович; Овчинников Евгений Витальевич; Лышов Денис Викторович;
Авдейчик Сергей Валентинович;
Рогачев Александр Владимирович;
Казаченко Виктор Павлович (BY)
BY 10001 C1 2007.12.30
BY (11) 10001
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Открытое акционерное общество "Белкард" (BY)
(56) SU 1810384 A1, 1993.
Струк В.А. и др. Материалы. Технологии. Инструменты. - 1999. - Т. 4. - № 3. С. 70-73.
BY 1477 C1, 1996.
RU 2047638 C1, 1995.
EP 0849219 A1, 1998.
DE 3536235 A1, 1987.
JP 10-310762 A, 1998.
(57)
Состав для получения композиционного материала для сальниковых уплотнений, содержащий графит и гидрофобизирующую добавку, отличающийся тем, что в качестве
гидрофобизирующей добавки содержит смесь парафина и фторсодержащего олигомера и
дополнительно содержит в качестве армирующего компонента низкоразмерные частицы
природных слоистых силикатов при следующем соотношении компонентов, мас. %:
парафин
1,0-3,0
фторсодержащий олигомер
0,1-0,5
низкоразмерные частицы
0,1-10,0
природных слоистых силикатов
графит
остальное.
Изобретение относится к области создания композиционных функциональных материалов для обеспечения герметичности подвижных и неподвижных соединений транспортных трубопроводов для перекачки жидких и газообразных сред и запорной арматуры
различной конструкции.
Известно, что широкое применение в сальниковых уплотнениях различных герметизирующих устройств получили композиционные материалы на основе углерода различных модификаций: графита, графитизированного и углеродного волокна и т.п. [1-4].
Разнообразие углеродных материалов предполагает широкую номенклатуру герметизирующих изделий в виде прокладок, колец, профилей. Широкое распространение получили
сальниковые уплотнения, представляющие собой шнуры различного сечения, которыми
заполняют герметизируемое пространство и после механического воздействия (деформирования) с помощью специального элемента запорной арматуры - грундбуксы - герметизируют соединение "шток-корпус", обеспечивая надежную эксплуатацию оборудования в
BY 10001 C1 2007.12.30
течение заданного ресурса, оговоренного технической документацией. Сальниковые уплотнители изготавливают из композиционных материалов различного состава, к числу которых относятся композиции на основе политетрафторэтилена, углеграфитового волокна,
органических полимерных синтетических и природных волокон (полиамидных, полисульфоновых, арамидных, льняных, хлопковых и др.), модифицированных различными
компонентами. Уплотнительные шнуры для сальниковых уплотнений имеют круглое или
квадратное сечение и получаются методом плетения на специальном технологическом
оборудовании. Такие материалы весьма эффективны в применении, однако имеют высокую стоимость, достигающую до 150 долл. США за 1 кг, и ограниченно применимы в
конструкциях общетехнического назначения [4].
Известен композиционный материал для сальниковых уплотнений, полученный из
модифицированного графита, известный под торговой маркой "Графлекс" [5]. Материал
обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики уплотнительных изделий, однако разработан на основе термически расщепленного графита (ТРГ), полученного термической обработкой частиц интеркалированного графита с последующим формованием изделий горячим или холодным прессованием. Недостатками уплотнительных материалов
"Графлекс" являются сложность и повышенная экологическая опасность технологического процесса, а также изменение герметизирующих характеристик материала с течением
времени эксплуатации изделия. В результате протекания вторичных процессов структурирования композиционный материал уплотняется и теряет способность к передеформированию без разрушения. Это приводит к увеличению протечек рабочей среды через запорную арматуру.
Наиболее близким к заявленному составу для получения композиционного материала
для сальниковых уплотнений является материал на основе гидрофобизированного графита,
содержащий графит и органический олигомерный компонент (воск, парафин, низкомолекулярный полиэтилен) в количестве до 5 мас. % [6]. Такой материал легко перерабатывается
в изделия методом прессования. Уплотнительные изделия в виде колец или полуфабрикатов заданной формы и сечения укладывают в герметизируемую емкость запорной арматуры, подвергают воздействию грундбуксы и заполняют все пространство камеры, обеспечивая надежную герметизацию как подвижных, так и неподвижных соединений.
Задачей изобретения является повышение физико-механических характеристик композиционного материала для сальниковых уплотнений, что обеспечит большую устойчивость изделий к воздействию эксплуатационных факторов и транспортировке.
Поставленная задача решается тем, что состав для получения композиционного материала для сальниковых уплотнений, содержащий графит и гидрофобизирующую добавку, в
качестве гидрофобизирующей добавки содержит смесь парафина и фторсодержащего олигомера и дополнительно содержит в качестве армирующего компонента низкоразмерные
частицы природных слоистых силикатов при следующем соотношении компонентов, мас. %:
парафин
1,0-3,0
фторсодержащий олигомер
0,1-0,5
низкоразмерные частицы
природных слоистых силикатов
0,1-10
графит
остальное.
Состав для получения композиционного материала для сальниковых уплотнений, согласно изобретению, содержит новые функциональные компоненты - армирующую добавку в виде низкоразмерных частиц природных слоистых минералов и гидрофобизирующую добавку, в качестве которой предложена смесь парафинов и фторсодержащего
олигомера с молекулярной массой до 5 000 ед.
Сущность заявленного изобретения состоит в следующем. Низкоразмерные частицы
слоистых природных минералов типа монтмориллонита, талька, слюды, трепела и т.п.,
полученные по технологии термомеханического диспергирования, обладают повышенной
активностью и выступают в роли твердофазных модификаторов, препятствующих деформированию композиционного материала, т.е. являются армирующими нанофазами. Это
2
BY 10001 C1 2007.12.30
позволяет существенно повысить прочностные показатели композита, что способствует
увеличению технологичности монтажа уплотнительных комплектов в рабочей камере запорной арматуры. Введение в состав смеси парафинов и фторсодержащих олигомеров позволяет обеспечить решение комплекса задач.
Во-первых, эта смесь обеспечивает хорошее взаимодействие между частицами композиционного материала и увеличивает его плотность и прочностные показатели. Вовторых, фторсодержащий олигомер образует на поверхности изделия пленку, повышающую стойкость материала к окислению и гидрофобность. В-третьих, фторсодержащий
олигомер хемосорбируется на поверхности металлического контртела, способствуя закреплению частиц графита на поверхности трения и их знакопеременному переносу. Благодаря этому герметичность сопряжения "шток-сальниковое уплотнение" существенно повышается и сохраняется в течение длительного срока эксплуатации без дополнительного
обслуживания. Таким образом, введение в состав композиционного материала для сальниковых уплотнений заявленных функциональных компонентов - низкоразмерных частиц
слоистых минералов и фторсодержащих олигомеров - позволяет достичь нового технически значимого эффекта.
Составы для получения композиционных материалов для сальниковых уплотнений
конкретного выполнения приведены в табл. 1.
Таблица 1
Составы для получения композиционных материалов для сальниковых уплотнений
Содержание, мас. %
Компонент
ПротоЗаявляемые составы
тип*
I
II
III
IV
V
VI
VII VIII IX
1. Парафин:
синтетический
2,5
2,5
природный
1,0
2,5
3,0
2,5
2,5
0,5
5,0
хлорпарафин
2,5
2. Низкоразмерные
частицы природных
слоистых силикатов:
бентонит
0,1
2,5
10
0,05 15
монтмориллонит
2,5
слюда
2,5
трепел
2,5
тальк
2,5
3. Фторсодержащий
олигомер:
марки Ф-1
0,1
0,3
0,5
0,3
0,3
0,3 0,05 1,0
марки Ф-14
0,3
4. Графит
97,5
98,8 94,7 86,5 94,7 94,7 94,7 94,7 99,4 79,0
* В качестве парафина использовали низкомолекулярный продукт, получаемый при
производстве полиэтилена на ПО "Полимир" (г. Новополоцк, Беларусь) (низкомолекулярный полиэтилен - парафин).
Для получения композиционных материалов для сальниковых уплотнений использовали природные или синтетические парафины, являющиеся продуктом перегонки нефти
или синтеза полиолефинов. Продукты производятся на НПО "Нафтан" и ПО "Полимир"
(г. Новополоцк). Низкоразмерные частицы природных силикатов получают на дробилке
ударного действия с последующей термообработкой частиц. Дисперсность частиц полуфабриката не превышала 5 мкм, после термообработки - не более 100 нм. В качестве
фторсодержащего олигомера использовали продукт общей формулы Rf-R1, где Rf - фторсодержащий радикал, R1 - функциональная группа. Фторсодержащие олигомеры синтезированы в Научно-исследовательском институте синтетического каучука им. Лебедева
3
BY 10001 C1 2007.12.30
(РФ) и Государственном научно-исследовательском институте прикладной химии (РФ) и
промышленно выпускаются в РФ под торговыми марками "Эпилам" и "Фолеокс" по техническим условиям (ТУ 38.03.1.013).
Структурная формула фторсодержащих олигомеров имеет вид:
CF3 CF CF2 [CF
CF2 O ]n CF2 R1
,
CF3
CF3
или CF3 [CF2 CF2]n [CF2 CF2]n R1
где n = 2 ÷ 40; R1 - функциональная группа - СООН, -CONH2, COR2, где R2-C1-С2 - алкил.
Молекулярная масса олигомера составляет от 2000 до 5000 ед.
Для приготовления составов для получения композиционных материалов использовали фторсодержащие олигомеры "Фолеокс" марок Ф-1 и Ф-14, соответственно включающих полярную группу - СООН и неполярную группу - CF3. Олигомеры применяли в виде
0,5-1,0 мас. % раствора во фреоне или хладоне. Растворитель после обработки компонентов в течение сравнительно небольшого времени (5-10 мин) удаляется из состава в результате испарения и в окончательный состав композиционного материала не входит. Аналогом олигомера "Фолеокс" марки Ф-1 является олигомер "Эпилам" марок 6СФК-180-05 и
6СФК-180-20, выпускаемый по ТУ 6-02.1229-82.
Для приготовления составов для получения композиционных материалов использовали графит марок ГТ-1, С-1 или их аналоги. Графит производится промышленно Завальевским графитовым комбинатом (Украина). Дисперсность частиц графита составляла 1,0150 мкм.
Технология изготовления композиционных материалов включает операции дозирования компонентов, смешивания графита и низкоразмерных частиц природных силикатов в
шаровом смесителе, введение парафина и фторсодержащего олигомера, гомогенизацию в
течение 0,5-1,0 час. при 150-200 °С с целью удаления летучих компонентов и влаги, охлаждения и прессования в формах. Прессованием в формах заданных размеров при температуре 20 ± 5 °С и давлении 5-10 МПа получают кольца из композиционного материала с
наружным диаметром от 14,5 до 400 мм и толщиной от 9 до 10 мм. Такие типоразмеры
колец обеспечивают надежное уплотнение всей номенклатуры запорной арматуры, применяемой в системах энерго-, тепло-, водоснабжения. Уплотнение арматуры осуществляют путем применения комплекта из 3-х или 5-ти колец, изготовленных из композиционного материала [5].
Характеристики разработанных, согласно изобретению, композиционных материалов
для сальниковых уплотнений в сравнении с прототипом представлены в табл. 2.
Таблица 2
Характеристики композиционных материалов для сальниковых уплотнений
Показатель для материала
Компонент
ПротоЗаявляемые составы
тип
I
II
III
IV
V
VI VII VIII IX
1. Предел прочности
3,7 5,0-6,7 6,0-7,3 7,8-9,0 7,5 7,3 7,0 8,0 4,2 9,0
при сжатии, МПа
2. Модуль упругости, 0,46
0,90
1,15
1,20 1,98 1,15 1,20 0,95 0,60 1,95
ГПа
1,46
1,98
2,01
0,41
0,35
0,35
0,42 0,35 0,37 0,35 0,35 0,30 0,39
3. Коэффициент
Пуассона
0,38
0,39
0,45
4. Термостойкость,
500
550
550
550
550 550 550 550 510 550
°С
4
BY 10001 C1 2007.12.30
Как следует из данных табл. 2, заявляемые составы для получения композиционных
материалов для сальниковых уплотнений (составы I-VII) существенно превосходят прототип по основным служебным характеристикам. Уменьшение содержания армирующей добавки (низкоразмерных частиц природных силикатов) менее заявленных пределов (состав
VIII) снижает показатели служебных характеристик, а превышение содержания (состав
IX) - не обеспечивает дополнительного повышения показателей. Все заявленные составы
существенно превосходят прототип по термостойкости. Марка фторсодержащего олигомера не оказывает принципиального значения, т.к. олигомер выполняет функцию связующего и гидрофобизирующего слоя. Эти свойства реализуются при использовании любой марки олигомера, т.к. строение основного радикала не изменяется. Сравнение
показателей служебных характеристик заявленных составов композиционного материала
прототипа и аналога "Графлекс" свидетельствует о высокой эффективности заявленного
технического решения.
Дополнительным преимуществом разработанного композиционного материала является способность к восстановлению изношенных поверхностей сопряженного с уплотнением металлического изделия - штока задвижки. Это обусловлено переносом активных
низкоразмерных частиц природных силикатов и образованием металлосиликатного слоя
на поверхности трения, предотвращающего износ.
Заявленные составы композиционного материала для сальниковых уплотнений прошли промышленную апробацию на предприятиях по производству тепловой и электрической энергии, а также предприятиях концерна "Белнефтехим". Разработана нормативная
документация на материал и уплотнительные комплекты из него.
Источники информации:
1. Кондаков Л.А., Голубев А.И., Гордеев В.В. и др. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник / Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. Изд. 2-ое, перераб. и
дополн. - М.: Машиностроение, 1994. - С. 448.
2. Уплотнения: Сб. статей / Под ред. В.К. Житомирского. - М.: Машиностроение, 1964. С. 296.
3. Графит как высокотемпературный материал: Сб. статей: Пер. с англ. / Под ред.
К.П. Власова. - М.: Мир, 1964. - С. 423.
4. Сиренко Г.А. Антифрикционные карбопластики. - Киев: Техника, 1985. - С. 196.
5. Высоконадежные сальниковые кольца серии "Графлекс". Проспект фирмы "Унихимтек". - М., 2003.
6. А.с. СССР 1810384, МПК ВС10М 163/00 (С10М 163/00) С10М 125/02, 1991.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
114 Кб
Теги
by10001, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа