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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Polymer-Komposite und insbesondere auf nanometergroße Partikel aus Bor oder Partikel einer Nano-Borverbindung in Polymermischungen oder Polymerbeschichtungen.
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HINTERGRUND
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Dichtungsmittel werden in verschiedenen Industriezweigen, wie der Automobil- und Geräteindustrie, eingesetzt, um die Lücken zwischen den Fügeteilen auszufüllen, Flüssigkeitsleckagen zu verhindern, die Luft/Wasser/Temperatur im Inneren von Weißer Ware abzudichten und Schäden durch äußere Kräfte, wie Reibung und/oder Wind, zu verhindern. Beispielsweise kann ein Automobil- Dichtungsmittel als Windschutzscheibendichtung, Motorhaubendichtung, Dichtung an Türen, Kofferraumabdichtung usw. verwendet werden, und ein Gerätedichtstoff kann zum Abdichten der Öffnung von Geschirrspülmaschinen, Trocknern, Waschmaschinen, Kühlschränken und dergleichen verwendet werden. Haltbarkeit, Festigkeit und Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse sind wichtige Eigenschaften, ebenso wie Verformungsbeständigkeit, hohe UV-Beständigkeit, niedrigere Preise, Beständigkeit gegenüber Mikroorganismen und Ästhetik.
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Dichtungsmittel können je nach Anwendung anfällig gegenüber Temperaturschwankungen und mechanischen Einflüssen sein. Insbesondere können die Automobil- Dichtungsmittel extremen Temperaturbedingungen sowie mechanischen Schwingungen ausgesetzt sein, die zu Rissen und Verformung oder Farbverblassung führen können. Die physikalische Schädigung von Dichtungsmittel während ihrer Verwendung oder Lagerung verschlechtert nicht nur die Leistung der Dichtungsmittel selbst, sondern wirkt sich auch negativ auf die Automobilfunktionalität aus.
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Daher besteht nach wie vor ein Bedarf an einem leicht verfügbaren und verbesserten Polymer oder einer Polymerbeschichtung, um Haltbarkeit, Festigkeit und Fleckenbeständigkeit sowie photokatalytische Eigenschaften zu gewährleisten, sowie an einem effizienten Verfahren zur Herstellung eines solchen Polymers oder einer solchen Polymerbeschichtung, insbesondere einem, das im Bereich des sichtbaren Lichts photokatalytisch aktiv sein kann.
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KURZE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt ein neuartiges und hochleistungsfähiges Polymer (oder eine Polymerbeschichtung) zur Verfügung, das aus nanometergroßen Partikeln aus Bor oder Partikeln einer Nano-Borverbindung besteht und im Folgenden als „Nano-Bor“ bezeichnet wird. Das Nano-Bor-Polymer der vorliegenden Offenbarung beseitigt oder reduziert die oben genannten Mängel früherer synthetischer Kautschuk-Dichtungen (z.B. thermoplastische Elastomere, wie Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM)) und bietet eine stärkere und verbesserte photokatalytische Aktivität oder Eigenschaft, die eine verbesserte Haltbarkeit und Fleckenbeständigkeit eines synthetischen Dichtungsmittels sowie eine potentielle Selbstheilungsfähigkeit in Gegenwart zusätzlicher verkapselter Wirkstoffe ermöglicht.
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In einer Ausführungsform besteht ein Nano-Bor-Polymer-Komposit aus einem vulkanisierten synthetischen Kautschuk, der durch Mischen und Erhitzen von: zwischen 25 - 45 Gew.-% eines Elastomers; zwischen 20 - 40 Gew.-% Ruß; zwischen 1 - 30 Gew.-% Silica; zwischen 7 - 10 Gew.-% Aufhellungsmittel; zwischen 10 - 13 Gew.-% paraffinischem Verarbeitungsöl; zwischen 2 - 4 Gew.-% eines Aktivators; zwischen 1 - 3 Gew.-% eines Beschleunigers; und zwischen 0,1 - 10 Gew.-% Nano-Bor-Partikeln oder Partikeln einer Nano-Borverbindung gebildet wird.
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In einer anderen Ausführungsform besteht ein Nano-Bor-Polymer-Komposit aus einem vulkanisierten synthetischen Kautschuk, der durch Mischen und Erhitzen von: einer Polymermischung bei etwa 75 Grad Celsius, gebildet wird, wobei die Polymermischung enthält: zwischen 25 - 45 Gew.-% Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM), zwischen 1 - 30 Gew.-% Silica, zwischen 7 - 10 Gew.-% Aufhellungsmittel, zwischen 10 - 13 Gew.-% paraffinisches Verarbeitungsöl, zwischen 1 - 3 Gew.-% eines Beschleunigers und zwischen 0.1 - 10 Gew.-% Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung, wobei die Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung eine Partikelgröße von etwa 50 nm aufweisen. Die Polymermischung wird mit zwischen 20 - 40 Gew.-% Ruß bei etwa 80 Grad Celsius und mit zwischen 2 - 4 Gew.-% eines Aktivators bei etwa 90 Grad Celsius gemischt.
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In einer weiteren Ausführungsform wird ein synthetisches Kautschuk-Dichtungsmittel mit einem Nano-Bor-Polymer-Komposit, wie oben beschrieben, offenbart.
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Hierin wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Nano-Bor-Polymers der vorliegenden Offenbarung beschrieben. In einer Ausführungsform besteht ein Verfahren zur Herstellung eines Nano-Bor-Polymer-Komposits aus dem Mischen einer Polymermischung bei einer ersten Temperatur, wobei die Polymermischung enthält: zwischen 25 - 45 Gew.-% eines Elastomers; zwischen 1 - 30 Gew.-% Silica; zwischen 7 - 10 Gew.-% Aufhellungsmittel; zwischen 10 - 13 Gew.-% paraffinisches Verarbeitungsöl; zwischen 1 - 3 Gew.-% eines Beschleunigers; und zwischen 0,1 - 10 Gew.-% Nano-Bor-Partikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung. Das Verfahren umfasst ferner die Zugabe und das Mischen von zwischen 20 - 40 Gew.-% Ruß zu der Polymermischung bei einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, und die Zugabe und das Mischen von zwischen 2 - 4 Gew.-% eines Aktivators zu der Polymermischung und Ruß bei einer dritten Temperatur, die höher als die zweite Temperatur ist.
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Von Vorteil ist, dass das Nano-Bor-Polymer und das Verfahren zur Herstellung des Polymers, wie hierin offenbart, zu einer stärkeren und dauerhafteren Verbesserung der photokatalytischen Aktivität geführt haben, da Bor als p-Typ-Dotierstoff dient. Durch die Zugabe von Nano-Bor als Dotierstoff-Photokatalysator trägt das nano-borhaltige Polymer-Komposit weiter zur Beseitigung von Fleckenbildung bei. Daher ist die Verstärkung der photokatalytischen Aktivität durch die Zugabe von Nano-Bor sowohl gegen Fleckenbildung als auch gegen Bakterienwachstum vorteilhaft. Darüber hinaus haben wir beobachtet, dass die Zugabe von Nano-Bor zu einer tieferen Schwarzfärbung nach Einwirkung von UV-Licht im Vergleich zum Ausgangsdichtungsmittel führte. Es besteht auch das Potenzial, die Selbstheilungsfähigkeit zu verbessern (wie die Reparatur von Mikrorissen in Gegenwart von Nano-Bor), wenn die entsprechenden Kapseln in die Polymermatrix in Gegenwart oder Abwesenheit der Nano-Bor-Partikel in die Polymermatrix gegeben werden.
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Figurenliste
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen gleichartige Zeichen durch alle Zeichnungen hinweg gleichartige Teile darstellen. Sofern nicht anders angegeben, dürften die Zeichnungen nicht maßstabsgerecht gezeichnet sein.
- 1 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines Nano-Bor-Polymers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 2 zeigt einen Graphen der Ergebnisse von Reißversuchen an Beispielen von Nano-Bor-Polymeren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 3 und 4 zeigen Graphen von der Ergebnisse von plastischen Verformungstests an Beispielen von Nano-Bor-Polymeren in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 5 und 6 zeigen Graphen der Ergebnisse von Reibungstests an Beispielen von Nano-Bor-Beschichtungen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
- 7 zeigt einen Graphen der Ergebnisse eines Abnutzungstests an Beispielen von Nano-Bor-Beschichtungen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nano-Bor-Polymer-Komposits
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In Übereinstimmung mit einer hierin beschriebenen Ausführungform besteht ein Nano-Bor-Polymer-Komposit aus einem vulkanisierten synthetischen Kautschuk, der durch Mischen und Erhitzen von: zwischen 25 - 45 Gew.-% eines Elastomers; zwischen 20 - 40 Gew.-% Ruß; zwischen 1 - 30 Gew.-% Silica, vorzugsweise 1 - 10 Gew.-% Silica; zwischen 7 - 10 Gew.-% Aufhellungsmittel; zwischen 10 - 13 Gew.-% paraffinischem Verarbeitungsöl; zwischen 2 - 4 Gew.-% eines Aktivators; zwischen 1 - 3 Gew.-% eines Beschleunigers; und zwischen 0.1 - 10 Gew.-% Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung, gebildet wird.
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In Übereinstimmung mit weiteren Ausführungsformen kann das oben beschriebene Nano-Bor-Polymer-Komposit eine der folgenden Komponenten oder Elemente aufweisen, bei denen es sich um Alternativen handeln kann, die in verschiedenen anwendbaren und funktionellen Kombinationen kombiniert werden können: das Elastomer ist Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM); der Aktivator ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus Zinkoxid, Stearinsäure und einer Kombination davon besteht; der Beschleuniger besteht aus Schwefel; der synthetische Kautschuk wird durch Mischen und Erhitzen von zwischen 0.1 - 1 Gew.-% Nano-Borpartikel oder Partikeln einer Nanoborverbindung gebildet; wobei der synthetische Kautschuk durch Mischen und Erhitzen von zwischen 0.1 - 0,5 Gew.-% Nano-Borpartikeln oder Partikeln einer Nano-Borverbindung gebildet wird; die Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung weisen eine durchschnittliche Teilchengröße von zwischen etwa 50 nm und etwa 100 nm auf; das Elastomer, Silica, Aufhellungsmittel, paraffinische Verarbeitungsöl, Beschleuniger und die Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung werden auf 75 Grad Celsius erhitzt; der Ruß wird auf 80 Grad Celsius erhitzt; der Aktivator wird auf 90 Grad Celsius erhitzt; wobei die Nano-Borverbindung ein Boroxid enthält; und jede anwendbare Kombination davon.
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Die nachstehende Tabelle 1 zeigt Gewichtsprozentbereiche für die Komponenten des Nano-Bor-Polymer-Komposits in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Tabelle 1
| Komponente | Gew.-%-Bereich |
| Nano-Bor | 0,1 - 10 |
| Elastomer | 25 - 45 |
| Ruß | 20 - 40 |
| Silica | 1 - 30 |
| Aufhellungsmittel | 7 - 10 |
| Öl | 10 - 13 |
| Aktivatoren | 2 - 4 |
| Beschleuniger | 1 - 3 |
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Nach einer anderen Ausführungsform, wie sie in der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird, besteht ein Nano-Bor-Polymer-Komposit aus: ein Nano-Bor-Polymer-Komposit das aus einem vulkanisierten synthetischen Kautschuk besteht, der durch Mischen und Erhitzen von: einer Polymermischung bei etwa 75 Grad Celsius, gebildet wird, wobei die Polymermischung enthält: zwischen 25 - 45 Gew.-% Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM); zwischen 1 - 30 Gew.-% Silica, vorzugsweise 1 - 10 Gew.-% Silica; zwischen 7 - 10 Gew.-% Aufhellungsmittel; zwischen 10 - 13 Gew.-% paraffinisches Verarbeitungsöl; zwischen 1 - 3 Gew.-% eines Beschleunigers; und zwischen 0,1 - 10 Gew.-% Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung, wobei die Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung eine Partikelgröße von etwa 50 nm aufweisen. Die Polymermischung wird mit zwischen 20 - 40 Gew.-% Ruß bei etwa 80 Grad Celsius und mit zwischen 2 - 4 Gew.-% eines Aktivators bei etwa 90 Grad Celsius gemischt.
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Dichtungen aus synthetischem Kautschuk
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Eine weitere Ausführungsform, wie sie in der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird, betrifft ein synthetisches Kautschuk-Dichtungsmittel, das aus einem Nano-Bor-Polymer-Komposit besteht, entsprechend einer der obigen Beschreibungen.
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In Übereinstimmung mit weiteren Ausführungsformen kann das oben beschriebene synthetische Kautschuk-Dichtungsmittel als Dichtungsmittel für ein Automobilteil oder ein Geräteteil geformt werden.
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Allgemeines Herstellungsverfahren
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Unter Bezugnahme auf 1 wird nun eine Methode 100 zur Herstellung eines Nano-Bor-Polymers, wie hier beschrieben, in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zur Verfügung gestellt. Verfahren 100 umfasst in Schritt 102 das Mischen einer Polymermischung bei einer ersten Temperatur, wobei die Polymermischung enthält: zwischen 25 - 45 Gew.-% eines Elastomers; zwischen 1 - 30 Gew.-% Silica, vorzugsweise 1 - 10 Gew.-% Silica; zwischen 7 - 10 Gew.-% Aufhellungsmittel; zwischen 10 - 13 Gew.-% paraffinisches Verarbeitungsöl; zwischen 1 - 3 Gew.-% eines Beschleunigers; und zwischen 0,1 - 10 Gew.-% Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung. Verfahren 100 umfasst ferner in Schritt 104 die Zugabe und das Mischen von zwischen 20 - 40 Gew.-% Ruß zu der Polymermischung bei einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist. Verfahren 100 umfasst ferner in Schritt 106 die Zugabe und das Mischen von zwischen 2 bis 4 Gew.-% eines Aktivators zu der Polymermischung und von Ruß bei einer dritten Temperatur, die höher als die zweite Temperatur ist. Schritt 108 veranschaulicht die Bildung eines Nano-Bor-Polymers durch das Mischen und Erhitzen der Reaktanten. Die Vielzahl der Nano-Borpartikel kann im Wesentlichen reines Bor oder eine Kombination aus im Wesentlichen reinem Bor und Borverbindungen sein.
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In Übereinstimmung mit weiteren Ausführungsformen können die Verfahren zur Herstellung eines Nano-Bor-Polymer-Komposits, wie oben beschrieben, eine der folgenden Methoden umfassen, die Alternativen sein können, die in verschiedenen anwendbaren und funktionellen Kombinationen kombiniert werden können: das Elastomer ist Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM); der Beschleuniger besteht aus Schwefel; der Aktivator ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus Zinkoxid, Stearinsäure und einer Kombination davon besteht; zwischen 0,1 - 1 Gew.-% Nano-Bor-Partikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung sind in der Polymermischung enthalten; zwischen 0,1 - 0,5 Gew.-% Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nanoborverbindung sind in der Polymermischung enthalten; die Nano-Borpartikel oder Partikel einer Nano-Borverbindung haben eine durchschnittliche Partikelgröße von zwischen etwa 50 nm und etwa 100 nm; die erste Temperatur beträgt etwa 75 Grad Celsius, die zweite Temperatur beträgt etwa 80 Grad Celsius und die dritte Temperatur beträgt etwa 90 Grad Celsius; ferner umfassend das Mischen und Erhitzen der Polymermischung, Ruß und Aktivator bei einer vierten Temperatur, die höher als die dritte Temperatur ist; die vierte Temperatur beträgt etwa 105 Grad Celsius; und jede anwendbare Kombination davon.
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Von Vorteil ist, dass die Nano-Bor-Polymere der vorliegenden Offenbarung und die Methoden zur Bildung der Nano-Bor-Polymere die oben genannten Mängel früherer synthetischer Kautschuk-Dichtungsmittel beseitigen oder verringern und ein stärkeres Polymer mit verbesserter photokatalytischer Aktivität oder Eigenschaft liefern, das eine verbesserte Haltbarkeit und Fleckenbeständigkeit für ein synthetisches Dichtungsmittel ermöglicht.
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Beispiele
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Beispiel 1: Herstellung von Nano-Bor-Polymer-Komposits
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Nanometergroße Partikel aus Bor (Nano-Bor) mit einer Reinheit von 99%, einer Schüttdichte von 1,73 g/cm3, einem Schmelzpunkt von 2400 Grad Celsius, einer Härte von 9,5 (Mohs-Härteskala) und einer durchschnittlichen Partikelgröße von 50 nm wurden von NaBond Technologies Corporation, China, bezogen.
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Es wurden fünf verschiedene Polymer-Kompositmischungen hergestellt, wobei jede Mischung hergestellt wurde, um ein Gesamtgewicht von 1.350 Gramm zu haben. Unterschiedliche Mengen an Nano-Bor wurden vier Polymermischungen zugesetzt, um unterschiedliche Nano-Bor-Gewichtsprozentkonzentrationen zu erhalten. Tabelle 2 unten listet die Komponenten der hergestellten Polymermischungen auf. Tabelle 2
| Komponente | Mischung 1 | Mischung 2 | Mischung 3 | Mischung 4 | Mischung 5 |
| Nano-Bor (Gew.-%) | 0 | 0,1 | 0,26 | 0,4 | 0,51 |
| EPDM (Gew.-%) | 37,3 | 37,3 | 37,3 | 37,3 | 37,3 |
| Ruß (Gew.-%) | 32,9 | 32,9 | 32,9 | 32,9 | 32,9 |
| Silica (Gew.-%) | 4,6 | 4,6 | 4,6 | 4,6 | 4,6 |
| Aufhellung (Gew.-%) | 8,6 | 8,6 | 8,6 | 8,6 | 8,6 |
| Öl (Gew.-%) | 11,7 | 11,7 | 11,7 | 11,7 | 11,7 |
| Aktivatoren (Gew.-%) | 3,1 | 3,1 | 3,1 | 3,1 | 3,1 |
| Beschleuniger (Gew.-%) | 1,9 | 1,9 | 1,9 | 1,9 | 1,9 |
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Um die Nano-Borpartikel und andere Komponenten homogen zu dispergieren, wurden die Probenmischungen kontinuierlich gerührt und erhitzt. Die Polymermischung einschließend die Nano-Borpartikel, EPDM, Silica, Aufhellungsmittel, paraffinisches Verarbeitungsöl und Beschleuniger, wie oben in Tabelle 2 für die Mischungen 1 - 5 angegeben, wurde bei 75 Grad Celsius 30 Sekunden lang in einem Gummimischer gemischt. Dann wurde Ruß hinzugefügt und mit der Polymermischung bei 80 Grad Celsius für 50 Sekunden im Gummimischer gemischt. Dann wurden Aktivatoren zugegeben und mit der Polymermischung bei 90 Grad Celsius 30 Sekunden lang im Gummimischer vermischt. Der Gummimischer wurde 20 Sekunden lang gereinigt, um sicherzustellen, dass alle Mischkomponenten vollständig und homogen aus dem Mischer entfernt wurden, und dann wurde die gesamte Mischung erneut 10 Sekunden lang gemischt. Anschließend wurde die Mischung in einer Walzmaschine gewalzt und schließlich in einer Pressmaschine zu Musterbögen gepresst.
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Hergestellte Polymer-Probenbögen wurden auf Reißfestigkeit und plastische Verformung getestet.
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Beispiel 2: Widerstand gegen Zerreißen
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Die hergestellten Polymerprobenbögen 01 - 05 wurden aus den Mischungen 1 - 5 (Beispiel 1) gebildet und auf Reißfestigkeit geprüft. Diese Proben wurden 7 Minuten lang bei 195 Grad Celsius in der Pressmaschine gepresst. Die Reißversuche wurden dreimal durchgeführt, und die durchschnittliche maximale Kraft, die vor dem Reißen aufgebracht wurde, sowie die Standardabweichungen für die Messungen sind in Tabelle 3 unten aufgeführt. Tabelle 3: Zerreißversuch
| Probe | Masse der Nano-Bor-Partikel (g) | Kraft (Max) (N/mm) | StandardAbweichung |
| Probe 01 | 0 | 6,65 | 0,2982 |
| Probe 02 | 1,35 | 7,52 | 0,2982 |
| Probe 03 | 3,47 | 7,69 | 0,1253 |
| Probe 04 | 5,40 | 8,20 | 0,2060 |
| Probe 05 | 6,94 | 8,54 | 0,1644 |
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2 vergleicht die Reißfestigkeit der Polymerproben Probe 01 - Probe 05, die aus den Mischungen in Beispiel 1 gebildet wurden. Die Gleichung der Trendlinie wurde mit y = 0,4463x + 6,381 berechnet. Die Steigung ist positiv, und daher wird ein Anstieg der maximalen Kraft zum Reißen beobachtet, wenn die Masse des Nano-Bors in der ansonsten üblichen Mischung erhöht wird. Der Korrelationskoeffizient wurde mit R2 = 0,95277 gefunden, und somit ist die Beziehung zwischen der maximalen Kraft zum Zerreißen und der Masse von Nano-Bor nahezu linear. Dementsprechend kann beobachtet werden, dass eine größere Kraft erforderlich ist, um die Testprobe zu zerreißen, wenn mehr Nano-Bor in der Mischung vorhanden ist.
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Beispiel 3: Plastische Verformung
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Die Testproben wurden 15 Minuten lang bei 195 Grad Celsius in der Pressmaschine gepresst. Die hergestellten Polymerproben wurden jeweils dreimal auf plastische Verformung geprüft, und der Prozentsatz der Verformung und die Standardabweichungen für die Messungen der Anfangshöhe und der Endhöhe sind in Tabelle 4 unten aufgeführt. Tabelle 4: Plastische Verformung
| Probe | Masse der Nano-Bor-Partikel (g) | Betrag der Deformation (%) | Standardabwei chung (Ausgangshöhe ) | StandardAbweichung (endgültige Höhe) |
| Probe 01 | 0 | 9,55% | 0,0208 | 0,0569 |
| Probe 02 | 1,35 | 8,77% | 0,0265 | 0,0586 |
| Probe 03 | 3,47 | 9,35% | 0,0058 | 0,0100 |
| Probe 04 | 5,4 | 7,17% | 0,0100 | 0,0321 |
| Probe 05 | 6,94 | 7,90% | 0,0551 | 0,0306 |
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3 und 4 zeigen Graphen der Ergebnisse von plastischen Verformungstests an Nano-Bor-Polymerproben Probe 01 - Probe 05 aus den Mischungen 1 - 5 von Beispiel 1, jeweils in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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3 zeigt ein Balkendiagramm der Anfangs- und Endhöhen von Plattenproben, die zwischen zwei Metallschichten gelegt und um 25% komprimiert wurden und 24 Stunden lang in einem Schrank belassen wurden. Die Gleichung des Diagramms der Anfangshöhe wurde mit y = - 0,0033x + 21,585 berechnet. Die Steigung ist negativ, was einen abnehmenden Trend bedeutet. Die Gleichung des endgültigen Höhendiagramms wurde mit y = 0,0107x + 21,288 berechnet. Die Steigung ist positiv, was einen zunehmenden Trend bedeutet. Auch die beiden Korrelationskoeffizienten, nämlich R2 = 0,0762 bzw. R2 = 0,2599, zeigen, dass die Graphen nicht linear sind. Die Endhöhe einer Probe, wenn Nano-Bor in der Mischung enthalten ist, ist höher als die Endhöhe der ursprünglichen Mischung.
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4 zeigt ein Balkendiagramm des prozentualen Anteils der plastischen Verformung durch den Verformungstest. Dieser Graph zeigt die Beziehung zwischen der plastischen Verformung und der Masse des Bor-Nanopulvers. Die Gleichung dieses Diagramms lautet y = - 0,49x + 10,018 und weist eine negative Steigung auf, was einen abnehmenden Trend bedeutet. Der Korrelationskoeffizient des Diagramms, der R2 = 0,598 ist, zeigt, dass die Beziehung zwischen dem Ausmaß der plastischen Verformung und der Masse von Bor-Nanopulver nicht linear ist. Die geringste plastische Verformung wurde erreicht, wenn sich 5,4 Gramm Boumanopulver in der Mischung befanden. Auch die Mischungen, die Bor-Nanopulver enthalten, weisen im Vergleich zur ursprünglichen Mischung geringere plastische Verformungen auf. Daher kann beobachtet werden, dass Mischungen mit Bor-Nanopartikeln elastischer sind als die ursprüngliche Mischung.
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Nano-Bor-Beschichtungen
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Die Zugabe von Bor-Nanopulver oder Partikeln einer Nano-Borverbindung in ein Beschichtungsmaterial für ein Polymer, so wie ein Dichtungsmittel, wurde ebenfalls untersucht. Es wurden drei verschiedene Beschichtungsmaterialien hergestellt. Ein erstes Beschichtungsmaterial bestand aus einem Standardbeschichtungsmaterial enthaltend ein Silikonmaterial auf Wasserbasis mit einem Feststoffgehalt von 30% und einer schwarzen Farbe. Ein zweites Beschichtungsmaterial bestand aus 200 Gramm des Standardbeschichtungsmaterials und 1 Gramm Bor-Nanopulver. Ein drittes Beschichtungsmaterial bestand aus 200 Gramm des Standardbeschichtungsmaterials und 1 Gramm Boroxid.
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In einem Beispiel wurde eine Grundierung auf eine polymere Oberfläche aufgetragen, auf die die Beschichtungsmaterialien aufgetragen werden sollten, um die Haftung zwischen der polymeren Oberfläche und dem Beschichtungsmaterial zu gewährleisten. Nach dem Auftragen der Grundierung wurde die polymere Oberfläche mit einer Heißluftpistole beispielsweise auf etwa 90 Grad Celsius erhitzt. Das Beschichtungsmaterial wurde dann mit einem Sprühgerät aufgetragen und die Probe auf 125 Grad Celsius erhitzt und 2,5 Minuten lang ausgehärtet.
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An den oben genannten Beschichtungsmaterialien wurden statische und dynamische Reibungstests durchgeführt, deren Ergebnisse unten in Tabelle 5 und Tabelle 6 aufgeführt sind. 5 und 6 zeigen Graphen auf der Grundlage der Ergebnisse in Tabelle 5 bzw. Tabelle 6 von Reibungstests an Beispielen von Nano-Bor-Beschichtungen in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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Das für diese Tests verwendete Gewicht betrug 200 Gramm (dies entspricht dem Gewicht des Schlittens). Die Geschwindigkeit des Schlittens betrug 300 mm/min. Die Oberflächentemperatur betrug 21,20°C. Der Testabstand betrug 100 mm. Die Zugabe von Bor-Nanopulver in das Beschichtungsmaterial erhöhte im Allgemeinen den Koeffizienten der Haft- und Gleitreibung. Die höchsten Werte wurden erzielt, wenn sich Bor-Nanopulver im Beschichtungsmaterial befand. Der niedrigste Wert wurde erreicht, wenn keine andere Zugabe im Standardbeschichtungsmaterial vorhanden war.
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Für die drei oben genannten Beschichtungsmaterialien enthält Tabelle 5 die durchschnittlichen Haftreibungskoeffizienten, die Standardabweichung der Haftreibungskoeffizienten, die durchschnittlichen Gleitreibungskoeffizienten und die Standardabweichung der Gleitreibungskoeffizienten. Wie der Graph in 5 zeigt, erhöhte die Zugabe von Boroxid und Bor-Nanopulver im Beschichtungsmaterial sowohl den Haftreibungskoeffizienten als auch den Gleitreibungskoeffizienten im Vergleich zum Standardbeschichtungsmaterial.
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Für Beschichtungsmaterialien mit unterschiedlichen Mengen an Nano-Bor oder Partikeln einer Nano-Borverbindung enthält Tabelle 6 durchschnittliche Haftreibungskoeffizienten, Standardabweichung der Haftreibungskoeffizienten, durchschnittliche Gleitreibungskoeffizienten und Standardabweichung der Gleitreibungskoeffizienten. Wie aus dem Graphen in
6 hervorgeht, nahmen mit zunehmendem Massenprozentanteil des Boroxids im Beschichtungsmaterial sowohl die Haft- als auch die Gleitreibungskoeffizienten ebenfalls zu. Tabelle 5: Haft- und Gleitreibung
| Beschichtungs material-Additiv | Haftreibungsko effizient (Durchschnitt) | Haftreibungsko effizient (stand, abw.) | Gleitreibungsk oeffizient (Durchschnitt) | Gleitreibungsk oeffizient (stand, abw.) |
| Standard | 0,3309 | 0,003618 | 0,4444 | 0,02051 |
| Boroxid | 0,3592 | 0,01062 | 0,6194 | 0,01421 |
| Nano-Bor | 0,3965 | 0,01304 | 0,6819 | 0,008790 |
Tabelle 6: Haft- und Gleitreibung - unterschiedliche Nano-Bor-Mengen
| Beschichtungsmate rial-Additiv | Haftreibungsko effizient (Durchschnitt) | Haftreibungsko effizient (stand, abw.) | Gleitreibung skoeffizient (Durchschni tt) | Gleitreibung skoeffizient (stand, abw.) |
| Standard | 0,3309 | 0,003618 | 0,4444 | 0,02051 |
| Nano-Bor (0,5%) | 0,5333 | 0,02731 | 0,7826 | 0,004803 |
| Nano-Bor (1%) | 1,256 | 0,1429 | 1,665 | 0,03524 |
| Nano-Bor (2%) | 0,9257 | 0,03327 | 1,448 | 0,1013 |
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Verschleißversuche zur Analyse der Abriebmenge wurden an den oben erwähnten Beschichtungsmaterialien durchgeführt, deren Ergebnisse in Tabelle 7 unten aufgeführt sind.
7 zeigt ein Diagramm der Verschleißprozentsätze auf der Grundlage der Ergebnisse in Tabelle 7 aus den Verschleißversuchen an Beispielen von Nano-Bor-Beschichtungen in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Tabelle 7: Verschleißtests - Unterschiedliche Nano-Bor-Mengen
| Beschichtungsmateri al-Additiv | Grundlini e | Nass | Nassverschlei β-Prozentsatz | Trocke n | Trockenversc hleiß-Prozentsatz |
| Standard | 2,5158 | 2,3387 | 0,001771 | 2,4239 | 0,000919 |
| Nano-Bor (0,5%) | 2,5205 | 2,4927 | 0,000278 | 2,2298 | 0,002907 |
| Nano-Bor (1%) | 2,5411 | 2,4797 | 0,061400 | 2,4611 | 0,000800 |
| Nano-Bor (2%) | 2,6302 | 2,5781 | 0,000521 | 2,3619 | 0,002683 |
| NB | 2,5174 | 2,4632 | 0,000542 | 2,4057 | 0,001117 |
| Boroxid (B2O3) | 2,4504 | 2,4405 | 0,000099 | 2,4136 | 0,000368 |
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Wie die Ergebnisse der Abnutzungstests zeigen, nimmt die Menge des abgenutzten Materials sowohl beim Nass- als auch beim Trockenverschleiß ab, wenn dem Beschichtungsmaterial Boroxid zugesetzt wird.