состав для получения композиционного материала для сальниковых уплотнений

Классы МПК:C08L27/12 содержащие фтор
C08K3/04 углерод
C08K3/34 кремнийсодержащие соединения
C08K5/01 углеводороды
Автор(ы):, , , , , , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Белкард" (BY)
Приоритеты:
подача заявки:
2005-07-19
публикация патента:

Изобретение относится к составу для получения композиционного материала для сальниковых уплотнений на основе графита, содержащего гидрофобизирующую добавку. В качестве гидрофобизирующей добавки состав содержит смесь парафина и фторсодержащего олигомера и дополнительно содержит армирующий компонент, в качестве которого используют 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 до 100. Изобретение позволяет повысить физико-механические характеристики композиционного материала для сальниковых уплотнений, что обеспечит большую устойчивость изделий к воздействию эксплуатационных факторов и транспортировке. 2 табл.

Формула изобретения

Состав для получения композиционного материала для сальниковых уплотнений на основе графита, содержащего гидрофобизирующую добавку, отличающийся тем, что в качестве гидрофобизирующей добавки содержит смесь парафина и фторсодержащего олигомера и дополнительно содержит армирующий компонент, в качестве которого используют низкоразмерные частицы природных слоистых силикатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Парафин1,0-3,0
Фторсодержащий олигомер 0,1-0,5
Низкоразмерные частицы  
природных слоистых силикатов0,1-10
ГрафитОстальное до 100

Описание изобретения к патенту

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 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 на основе графита, содержащего гидрофобизирующую добавку, в качестве гидрофобизирующей добавки содержит смесь парафина и фторсодержащего олигомера и дополнительно содержит армирующий компонент, в качестве которого используют низкоразмерные частицы природных слоистых силикатов, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Парафин1,0-3,0
Фторсодержащий олигомер 0,1-0,5
Низкоразмерные частицы  
природных слоистых силикатов0,1-10
Графитостальное до 100

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 5000 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 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. Во-вторых, 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 Прототип* Заявляемые составы 
III IIIIVV VIVIIVIII IX
1. Парафин:              
- синтетический2,5 --- 2,5-- ---
- природный- 1,02,53,0 --2,5 2,50,55,0
- хлорпарафин- --- -2,5- ---
2. Низкоразмерные частицы природных слоистых силикатов:              
- бентонит- 0,12,5 10-- --0,05 15
- монтмориллонит --- -2,5- --- -
- слюда- -- --2,5 --- -
- трепел- -- --- 2,5-- -
- тальк- -- --- -2,5- -
3. Фторсодержащий олигомер:              
- марки Ф-1- 0,10,3 0,5-0,3 0,30,30,05 1,0
- марки Ф-14 --- -0,3- --- -
4. Графит 97,598,894,7 86,594,7 94,794,794,7 99,479,0
* 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 (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:

состав для получения композиционного материала для сальниковых   уплотнений, патент № 2285022

где n=2÷40; R1 - функциональная группа -СООН, -CONH2, COR2, где R2 - C12-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 -CF 3. 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 1,0-150 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
КомпонентПоказатель для материала
Прототип Заявляемые составы 
III IIIIVV VIVIIVIII IX
1. Предел прочности при сжатии, МПа3,75,0-6,7 6,0-

7,3
7,8-9,0 7,57,3 7,08,04,2 9,0
2. Модуль упругости, ГПа 0,460,90-1,46 1,15-1,981,20-2,01 1,981,151,20 0,950,60 1,95
3. Коэффициент Пуассона 0,410,35-0,38 0,35-0,390,42-0,45 0,350,370,35 0,350,30 0,39
4. Термостойкость, °С 500550 550550550 550550550 510550

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.

Дополнительными преимуществами 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. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник. / Л.А.Кондаков, А.И.Голубев, В.В.Гордеев и др. Под общ. Ред. А.И.Голубева, Л.А.Кондакова - Изд. 2-е, перераб. и дополн. М.: Машиностроение, 1994. - 448 с.

2. Уплотнения. Сб. статей под ред. В.К.Житомирского. М.: Машиностроение, 1964. - 296 с.

3. Графит как высокотемпературный материал. Сб. статей, пер. с англ. Под ред. К.П.Власова, М.: Мир, 1964. - 423 с.

4. Сиренко Г.А. Антифрикционные карбопластики. Киев: Техника, 1985. - 196 с.

5. Высоконадежные сальниковые кольца серии «Графлекс». Проспект фирмы «Унихимтек». М., 2003.

6. Авторское свидетельство СССР №1810384, МКИ 6 С 10 М 163/00 (С 10 М 163/00) С 10 М 125/02, опубл. 1991.

Класс C08L27/12 содержащие фтор

магниевая лактамсодержащая комплексная соль в качестве вулканизующего агента для фторкаучуков и способ ее получения -  патент 2528846 (20.09.2014)
соединения фторполимера, содержащие многоатомные соединения, и способы из производства -  патент 2522749 (20.07.2014)
ткань с покрытием и способ изготовления листового материала -  патент 2486216 (27.06.2013)
технологическая добавка, композиция для формования, маточная смесь технологической добавки и формовое изделие -  патент 2483082 (27.05.2013)
антифрикционная полимерная композиция -  патент 2460742 (10.09.2012)
пероксидные фторполиэфиры и их применение при эмульсионной полимеризации фторсодержащих мономеров -  патент 2458940 (20.08.2012)
способ и установка деполимеризации фторполимеров -  патент 2452743 (10.06.2012)
антипригарное поверхностное покрытие -  патент 2439100 (10.01.2012)
водная дисперсия фторполимера -  патент 2434022 (20.11.2011)
агент, способствующий экструзии, на основе поливинилиденфторида -  патент 2433149 (10.11.2011)

Класс C08K3/04 углерод

лист, характеризующийся высокой проницаемостью по водяному пару -  патент 2526617 (27.08.2014)
композиция на основе вспениваемых винилароматических полимеров с улучшенной теплоизоляционной способностью, способы ее получения и вспененное изделие, полученное из этой композиции -  патент 2526549 (27.08.2014)
шина, содержащая слой-хранилище антиоксиданта -  патент 2525596 (20.08.2014)
антифрикционный полимерный композиционный материал -  патент 2525492 (20.08.2014)
содержащий древесный уголь пластмассовый упаковочный материал и способ его изготовления -  патент 2525173 (10.08.2014)
способ получения наномодифицированного связующего -  патент 2522884 (20.07.2014)
огнестойкая резиновая смесь -  патент 2522627 (20.07.2014)
композиции гбнк с очень высокими уровнями содержания наполнителей, имеющие превосходную обрабатываемость и устойчивость к агрессивным жидкостям -  патент 2522622 (20.07.2014)
морозостойкая резиновая смесь -  патент 2522610 (20.07.2014)
полимерная композиция для радиаторов охлаждения светоизлучающих диодов (сид) и способ ее получения -  патент 2522573 (20.07.2014)

Класс C08K3/34 кремнийсодержащие соединения

термоотверждающаяся композиция эпоксидной смолы и полупроводниковое устройство -  патент 2528849 (20.09.2014)
прямая заливка -  патент 2528845 (20.09.2014)
изоляционное покрытие металлической проволоки -  патент 2524232 (27.07.2014)
композиции гбнк с очень высокими уровнями содержания наполнителей, имеющие превосходную обрабатываемость и устойчивость к агрессивным жидкостям -  патент 2522622 (20.07.2014)
автомобильный материал с превосходными характеристиками потока текучей среды, высокой жесткостью, превосходной пластичностью и низким коэффициентом линейного теплового расширения (clte) -  патент 2520448 (27.06.2014)
способ очистки немодифицированного бентонита на основе монтмориллонита -  патент 2520434 (27.06.2014)
эластомерные композиции, включающие углеводородные полимерные добавки и обладающие повышенной герметичностью -  патент 2519393 (10.06.2014)
способ получения органомодифицированного монтмориллонита с повышенной термической стабильностью (варианты) -  патент 2519174 (10.06.2014)
резиновая смесь для шин с улучшенным вулканизующим агентом -  патент 2518600 (10.06.2014)
связующее для изготовления абразивного инструмента -  патент 2516551 (20.05.2014)

Класс C08K5/01 углеводороды

энергетически активируемая полимерная композиция, перекачиваемая при комнатной температуре, и устройство для активирования и распределения такой композиции -  патент 2502750 (27.12.2013)
термоплавкий клей -  патент 2488618 (27.07.2013)
бактерицидный кремнийорганический герметик -  патент 2486222 (27.06.2013)
герметик-прокладка на основе низкомолекулярного силоксанового каучука -  патент 2470057 (20.12.2012)
состав и способ получения фильтра на основе пористого поливинилформаля -  патент 2445147 (20.03.2012)
способ получения трубчатого фильтрующего элемента с полисульфоновой мембраной -  патент 2438768 (10.01.2012)
изделия с хорошей смазываемостью, аппликатор тампона, ствол и плунжер аппликатора тампона -  патент 2424256 (20.07.2011)
фотополимеризующаяся композиция -  патент 2401845 (20.10.2010)
резиновая смесь и проводник электрического тока -  патент 2398795 (10.09.2010)
полимерная композиция -  патент 2395542 (27.07.2010)
Наверх