Композиция уплотнительного материала
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕаЪЬЛИК
092 (И2
2 9134 А1 (504 С 08 J 5/16 5 06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
3»
ГОСУДАРСТВЕНН Й КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3571088/23-05 (22) 30 ° 03.83 (46) 23.06.86. Бюл. № 23 (71) Хмельницкий технологический институт бытового обслуживания (72) Г.А.Сиренко, Б.О.Таланкин, В.П.Свидерский и А.ч .Будник (53) 621.893(088 ° 8) . (56) 1. Патент Японии № 54-39843, кл. 20(3) С 21, опублик. 1979.
Патент Японии ¹ 51/14542, кл. 25(5), 3 11, опублик. 1976. (54) (57) 1. КОМПОЗИЦИЯ УПЛОТНИТЕПЬНОГО МАТЕРИАЛА для деталей; работающих в режиме сухого трения, включающая -термопласт, выбранный из группы, содержащей IToëèòåòðàôòîðçòèëåí, полиэтилен, поливинилацеталь и ароматический полиамид, и углеродное волокно, обработанное хлоридом хрома, отличающаяся тем, что, с целью повьппения антифрикционных свойств материала в сухих газах при температурах ниже 120 С, она дополнительно содержит низкомодульное углеродное волокно, обработанное смесью тетраборнокислого натра и диаммонийфосфата в соотношении 3:7 — .
7:3 при 800-1600 С в атмосфере азота или метана, и высокомодульное фторированное графитированное волокно при следующем соотношении компонентов в композиции, мас.ч,:
Термопласт, выбранный из указанной группы 100
Углеродное волокно, обработанное хлоридом хрома 2-10
Низкомодульное углеродное волокно, обработанное указанной смесью тетраборнокислого натра и диаммонийфосфата 2-70 .
Высокомодульное фторированное. графитированное волокно 1-30
2. Композиция по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что углеродное волокно, обработанное хлоридом хрома, содержит 0,5-6,5Х хрома от массы . волокна.
3. Композиция по.п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что высокомодульное фторированное графитированное волокно содержит 5"15X фтора от массы волокна.
1239134
Изобретение относится к составам на основе полимеров и модифицированных наполнителей и может быть использовано для получения уплотнительвых материалов антифрикционного назначения, работающих в сухих газах.
Известна композиция уплотнительного материала, включающая 100 мас.ч. поликарбоната, 90 мас.ч. порошка гра-,1О фита и 5 мас. ч . углеродного волокна, обработанногд поликарбонатом j1) .
Однако композиция имеет низкую износостойкость и высокий коэффициент трения в сухих газовых средах.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является композиция уплотнительного материала, включающая, 100 мас.ч. термопласта, выбранного из ряда полиацеталь, политетрафторэтилен, полиэтилен, ароматический полиамид, и 11,1-42,9 мас.ч. углеродного волокна, обработанного соедине- ниями хрома, например, хлоридом хрома.или комплексом хрома с амидом или эфиром полиакриловой или полиметакриловой кислот. Процентное содержание от массы углеродного волокна хлорида хрома составляет 0,1-2 (2).
ЗО
Известная композиция имеет лучшие антпфрикционные свойства, однако ее износостойкость при температурах ниже 120 С, т.е. при температурах работы большинства компрессоров с су35 хим газом недостаточно высока.
Целью изобретения является павьппение антифрикционных свойств композиции в сухих газах при температурах ниже 120 С.
Поставленная цель достигается тем, что композиция уплотнительного мате- . риала для деталей, работающих в режиме сухого трения, включающая термопласт, выбранный из группы, содержащей политетрафторэтилен, полиэтилен, поливинилацеталь и ароматический полиамид, и углеродное волокно, обработанное хлоридом хрома, дополнительно содер т низкомодульное углеродное 50 волокно, обработанное смесью тетра.борнокислого патра и диаммонийфосфата в соотношении (3:7)-(7:3) при 800о
1600 С в атмосфере азота или метана, и высокомодульное фторированное графитированное волокно, при следующем соотношении компонентой в композиции, мас.ч.:
Термопласт, выбранный из указанной группы 100
Углеродное волокно, обработанное хлоридом хрома . 2-10
Ниэкомодульное углеродное волокно, абра" ботанное смесью тетраборнокислого натра и диаммонийфосфата 2-70
Высокомодульное фторированное графитирован ное волокно 1-30
Углеродное волокно, обработанное хлоридом хрома, содержит 0,5-6,57. хрома от массы волокна.
Высокомодульное фторированное графитированное волокно содержит
5- l5X фтора от массы волокна.
Углеродное волокно, обработанное хлоридом хрома, обеспечивает низкий износ при случайном повьппении темпео ратуры в зоне контакта вьппе 120 С.
В качестве исходного углеродного во" локна используют волокна, полученные из полиакрилонитрила, гидратцеллюло зы или нефтяного пека и термообрабо0 танные при 400-2500 С в инертной атмосфере или метане и имеющие плотност.ь порядка 1350-1950 кг/м, модуль упругости при растяжении 10600 ГПа, относительное удлинение при разрыве 0,3-67., диаметр 4-15 мкм, содержание углерода 60-100%.
Низкомодульное углеродистое во локно, обработанное тетраборнокислым натром и диаммонийфосфатом при
800-1600 С в атмосфере азота или метана, обеспечивает высокую износо-, стойкость при температурах ниже
120 С, В качестве исходного углеродистого волокна используют волокна, полученные из гидратцеллюйозы, полиакрилонитрила, нефтяного пека и термообработанные при 800-1600 С в.инертной атмосфере или метане и имеющие плотность порядка 1450-1800 кг/м,: модуль упругости при растяжении б80 ГПа, прочность при разрыве 0,2-, 1,5 ГПа, относительное удлинение при разрыве 0,6-4,5Х, диаметр — 420 мкм, содержание углерода 60-95Х.
Высокомодульное фторированное графитированное волокно обеспечивает низкий коэффициент трения при температурах ниже 120 С ° В качестве исхсдного графитированного волокна используют волокна, полученные из
3 1239 полиакрилонитрила или гидратцеллюлоэы и термообработанные при 18002500 С в инертной атмосфере и имеющие плотность порядка 1600-1900 кг/м, модуль упругости при растяжении 180600 ГПа, прочность при разрыве
1,5-5 ГПа, относительное удлинение при разрыве 0,4 - 2 диаметр 4
10 мкм, содержание углерода 98 — 100 .
В качестве термопласта используют 30 полимеры, выбранные из ряда политетрафторэтилен, полиэтилен (низкого или высокого давления), поливинилацетали (поливинилацетат, поливинилформаль, поливинилзтилаль, поливинилбутираль),f5 ароматический полиамид (в виде продукта поликонденсации терефталевой или изофталевой кислот или их смеси и фенилендиамина).
Обработанные хлоридом хрома угле- 20 родные волокна получают следующим образом.
Исходные углеродные волокна обрабатывают в течение 30-50 мин 3070 -ной азотной кислотой при 20-100 С 25 с последующей нейтрализацией 5-15%ным раствором едкого натра или углекислого натра с последующей промывкой холодной и горячей водой. Затем обрабатывают их О, 1-1 -ным водным щб или спиртовым раствором хлорида хрома. Далее проводят сушку при 80-90 С .
Пропиток проводят столько, чтобы на углеродном волокне содержалось 0,56,5 хрома от массы волокна. Обработанное волокно имеет те же свойства, что и исходное углеродное волокно.
Низкомодульное углеродистое волокно обезжиривают 5-10 -ным водным раствором тринатрийфосфата, промывают .горячей водой и затем обрабатывают
I-10 -ным водным раствором смеси тетраборнокислого натра и диаммоний" фосфата, взятый в соотношении (3:7)(7:3). После сушки при 100-.150 С обработанные волокна термообрабаты134 4 вают при 800-1600 С в метане или азоте. Количество повторных циклов пропитки и термообработки 1 — 5. Термообработанные углеродистые волокна
1 имеют следующие свойства: модуль упругости при растяжении 10 — 90 ГПа, прочность при разрыве 0,25-1,6 ГПа.
Высокомодульные графитированные при 1800-2500 С волокна на основе полиакрилонитрола подвергают фторированию до содержания 5-15 . фтора на волокне. Фторированные волокна имеют следующие свойства: модуль упругости при растяжении 150-450. ГПа, прочность при разрыве 1,0-4 ГПа.
Пример. 100 мас.ч. порошка политетрафторэтилена смешивают 10 мин с рубленными углеродными волокнами длиной 50-500 мкм в лопастном смесио теле при 10 С, добавляют б мас.ч. углеродного волокна, обработанного хлоридом хрома, 30 мас .ч низкомодульного углеродистого волокна, обработанного смесью тетраборнокислого, натра и диаммонийфосфата при 8001600 С в атмосфере азота,и 14 мас.ч. высокомодульного фторированного графитированного волокна.
Ф
Композицию дополнительно дробят на дисмембраторе при производительности 10 кг/ч, скорости 20000 об/мин и числе циклов, равном двум. Получен,ную композицию перерабатывают в изделие уплотнительного материала по известной технологии переработки наполненных фторопластав.
Антифрикционные свойства композиций на основе поливинилацетата (ПВА) и углеродных волокон (УВ) при 40, С и трении в сухом азоте по стали
30X13 (HRC 45-50, В. =0,2-0,25 мкм) при нормальной нагрузке 100 Н, скорости скольжения 1,0 м/с, на участке пути трения 2:20 км даны в табл. 1.
Таблица t
Известная
ПВА
100
6,0
0,36
1239134
Продолжение табл,!
Углер одное волокно, обработанное хлоридом хрома (УВ 1) Высокомодульное фторированное (10 мас.7. фтора на волокне} графитированное волокно (УВ 3) 1,0
0,26
100
ПВА
УВ 2 30
0,8
0,23
100
ПВА
УВ 1
УВ 2
УВ 3
0,65
0,20
П р и м е ч а н и. е. Количество хрома на УВ 1 составляет fX от массы волокна.
Продолжение табл.2
Тип термопласта
Таблица 2
0,16
Полиэтилен
0,55 ффиАроматический нт, полиамид
Тип
0 25
В табл. 3 приведены антифрикционные свойства композиции, включающей
100 мас.ч. полнтетрафторэтилена, .
0923 6 мас.ч. УВ 1, 30 мас.ч. УВ 2 и 14 мас.ч. УВ 3,, в зависимости от соотношения тетраборнокислого натра и диаммонийфосфата.
Поливинилацетат (ПВА) 0,8
Политетрафторэтилен
0,62
0,18
НизКомодуЛьное углеродистое волокно, обработанное смесью тетраборнокислого натра и диаммонийфосфата в соотношении
5:5 при 850 С в атмосфере метана (УВ 2) Антифрикциенные свойства композиций, включающих 100 мас.ч. термопласта, 6 мас.ч. УВ 1, 30 мас.ч. УВ 2 и 14 мас.ч. УВ 3, в зависимости от типа термопласта, представлены в табл. 2.
Интенсив- Коэффиность циент износа трения (»o ) мм /(Н и) 1239134
Анти@рикционные свойства композиции, включающей 100 иас.ч . политетрафторэтилена, 6 мас.ч. УВ 1, 30 мас.ч. оэффици- 5 УВ 2 и 14 мас.ч. УВ 3, в зависимости нт трения от содержания хрома на УВ 1 даны в табл. 5.
Та блица 5
Таблица3
Соотношение тетраборнокислого натра и диаммонийфосфата
Интеисивност износа (х10- ) г /
/(Н м) Коэффициент трения
Содержание Интенсивность . хрома, износа мас.й (xlU ), мм /
/(Н и) 0,78
0,18
Зй7
0,18
0,62
5:5
7:3.0,72
0,18
0,5
0,68
0,18
0,18
0:,62
1,0
20 33
0,20
0,62
0,64
0,20
Таблица4 б
Температур термообработки, С
Интенсивность Коэффициент износа трения (х10 ) им /
/(Н м) Та блицаб.
0,62/0,75
0,56/Оу 54/0,70
0,18/0,22
0,19/800 оэффицинт тре:
Интенсивность износа (х10- ), /
/(Н- м) Содержани
40 фтора, X о,гг/о,г5
1200
1350
О, 74/0,78 О, 22/О, 25
1600
0,24
0,64
0,18
0,62
0,62
Oi17
ВНИИПИ Зекаэ 3353/20 . Тираж 470 Подписное
Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Антифрикционные свойства композиции, включающей 100 мас.ч. политет" рафторэтнлена, б мас.ч. УВ 1, 30 мас.ч. низкомодульного углеродистого волокна, обработанного смесью тетраборнокислого натра и диаммонийфосфата в соотношении 5:5 (УВ 2) и
14 иас.ч. УВ 3, в зависимости от ..температуры термообработки УВ 2 указаны в табл. 4.
П р и и е ч, а н и е.. Значения интен- сивностии и 9 нос а и коэффициента трения в числителе получены,@ при териообработке УВ 2 в ат-. .мосфере метана, в знаменателев атмосФере: азота.
В таблице 6 приведены антифрик- цнонные свойства композиции, включаницей 100 мас .ч. политетрафторэти" лена, б иас.ч. УВ.1, 30 иас.ч. УВ 2 и 14 мас.ч. высокомодульного фторированного графитнрованного волокна (УВ 3), в зависимости от содержания фтора на УВ 3.
Как видно из таблиц 1 — б,предлагаемая композиция. по сравнению с известной обладает повышенными антифрикционныии свойствами в сухих газах при температурах нике 120 С.
