Антифрикционная композиция для покрытия узлов трения скольжения

 

Использование: машиностроение, станкостроение для формования методом запрессовки покрытий узлов трения, в т.ч. сложной конфигурации, и цилиндрических поверхностей. Сущность изобретения: композиция включает, мас.ч.: эпоксидно-диановая смола с содержанием эпоксидных групп 19,9-23,5 мас.%, модифицированная жидким бутадиеновым карбоксилсодержащим Изобретение относится к антифрикционным материалам на полимерной основе и может быть использовано в машиностроении , в частности в станкостроении, для формования методом запрессовки покрытий узлов трения, в т.ч. сложной конфигурации и цилиндрических поверхностей. Наиболее близкими по технической сущности к изобретению являются эпоксидные антифрикционные композиции для запрессовки . каучуком с 2,5-3,3 мас.% концевых карбоксильных групп, при массовом соотношении указанных смолы и каучука 100:10 110, дисульфид молибдена 5-10, графит скрытокристаллический 35-40, в качестве наполнителя - материал сегнетокерамический или цирконат-тмтанат свинца 200-300, аминные отвердители или их смеси 19,9- 34,5. Композиция может дополнительно содержать алюминий оксид или порошок кислотоустойчивый, или кварцевую муку в количестве 35-60 мас.ч. При использовани i технологических добавок жизнеспособность композиции не менее 100 мин. Износ материала при трении пальчикового образца по цилиндру из чугуна без смазочного материала при давлении 2МПа, скорости скольжения 15,7 м/мин и продолжительности испытания 6 ч 21-23 мкм. Физико-механические свойства материала следующие разрушающее напряжение при сжатии 86- 89 МПа, ударная вязкость 3,6-3 9 кДж/м водопоглощение за 24 ч при 20°С 0,04 - 0,08%, прочность клеевого соединения ст 3/ст. 3 при сдвиге 15-18 МПа, прочность клеевого соединения ст. 3/ст. 3 при равномерном отрыве 30-36 МПа. 1 з.п. ф-лы, 2 табл. Известная композиция Diamant moglice WZ/B имеет низкую изностостойкость: износ ее при сухом трении составляет порядка 30 мкм Известна композиция SKC-7 на основе эпоксидной смолы, минерального наполнителя и аминного отвердителя. По данным анализа образца она содержит эпоксидноди.-.новую смолу и смесевой наполнитель, основными составляющими которого явля00 XI -N ю кэ 00 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ- ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4796148/05 (22) 02.01.90 (46) 23,06.92. Бюл. N 23 (71) Украинский научно-исследовательский институт пластических масс и Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (72) Н.Ф.Хахалина, В,К,Фандеева. В.И,Стасюк, В.Ф.Строганов, Б,В.Палант, А.С,Лапидус, Э,А,Майорова, А.М,Ворашень, Л.В.Фролова и Б.Н,Чижов (53) 678.7 (088.8) (56) Проспект фирмы "Diamant Kitte", ФРГ, 1981.

Антифрикционные покрытия, Проспект фирмы "llcetbelag Technik". ФРГ, 1986. (54) АНТИФРИКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ

ДЛЯ ПОКРЫТИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ (57) Использ вание: машиностроение, станкостроение для формования методом запрессовки покрытий узлов трения, в т.ч. сложной конфигурации, и цилиндричеСких поверхностей, Сущность изобретения: композиция включает, мас,ч.: эпоксидно-диановая смола с содержанием эпоксидных групп

19,9 — 23,5 мас.%, модифицированная жидким бутадиеновым карбоксилсодержащим

Изобретение относится к антифрикционным материалам на полимерной основе и может быть использовано в машиностроении, в частности в станкостроении, для формования методом запрессовки покрытий узлов трения, в т.ч. сложной конфигурации и цилиндрических поверхностей.

Наиболее близкими по технической сущности к изобретению являются эпоксидные ан ифрикционные композиции для запрессовки, БА2 1742284 А1 (я)5 С 08.3 5/16, С 09 D 163/10 каучуком с 2,5 — 3,3 мас.% концевых карбоксильных групп, при массовом соотношении указанных смолы и каучука 100;10 110, дисульфид молибдена 5 — 10, графит скрытокристаллический 35 — 40, в качестве наполнителя — материал сегнетокерамический или цирконат-титанат свинца 200-300, . аминные отвердители или их смеси 19,9— . 34,5. Композиция может дополнительно содержать алюминий оксид или порошок кислотоустойчивый, или кварцевую муку в количестве 35 — 60 мас.ч. При использовании технологических добавок жизнеспособность композиции не менее 100 мин. Износ материала при трении пальчикового образца по цилиндру из чугуна без смазочного материала при давлении 2МПа, скорости скольжения 15,7 м/мин и продолжительности испытания 6 ч 21 — 23 мкм. Физико-механические свойства материала следующие: разрушающее напряжение при сжатии 8689 МПа, ударная вязкость 3,6 — 3,9 кДж/м, водопоглощение за 24 ч при 20 С 0,04—

0,08%, прочность клеевого соединения ст.

3/ст. 3 при сдвиге 15 — 18 МПа, прочность клеевого соединения ст. 3/ст. 3 при равномерном отрыве 30 — 36 МПа, 1 з.п. ф-лы, 2 табл, Известная композиция Diamant moglice

WZ/В имеет низкук изностостойкость: износ ее при сухом трении составляет порядка

30 мкм.

Известна композиция SKC-7 на основе эпоксидной смолы, минерального наполнителя и аминного отвердителя. По данным анализа образца она содержит зпоксиднодиановую смолу и смесевой наполнитель, основными составляющими которого явля1742284 ются графит, дисульфид молибдена, соединения алюминия и кремния, Однако износостойкость SKC-7 также недостаточно велика: износ при трении без смазочного материала составляет 25 мкм, Целью изобретения является повышение изностостойкости покрытия.

Согласно изобретению антифрикционная композиция включает эпоксидно-диановую смолу с содержанием эпоксидных групп 19,9 — 23,5 мас. модифицированную жидким бутадиеновым карбоксилсодержащим каучуком с 2,5-3,3 мас.7 концевых карбоксильных групп (каучуком марки

СКД-КТРА), при массовом соотношении указанных смолы и каучука 100;10, Также композиция содержит дисульфид молибдена, скрытокристаллический графит, в качестве наполнителя — материал сегнетокерамический или цирконат-татанат свинца, аминные отвердители или их смеси.

С целью получения композиций, обладающих улучшенными технологическими свойствами при нанесении их на поверхности скольжения методом запрессовки, они могут содержать одну из технологических добавок — оксид алюминия или кислотоустойчивый порошок или кварцевую муку в количестве 35 — 60 мас.ч.

В предлагаемой композиции используют эпоксидно-диановые смолы марок ЭД-20 и ЭД-22, бутадиеновый синтетический каучук СКД вЂ” КТРА, имеющий динамическую вязкость при 25"С 19 — 29 Па с. массовую долю концевых карбоксильных групп 2,53,37;, дисульфид молибдена марки ДМ-1, скрытокристаллический графит, сегнетоке-. рамический материал ЦТС-шлам, цирконаттитанат свинца, аминные отвердители холодного отверждения: моноцианэтилированный диэтилентриамин, 2-(триэтилентетрамино-метил) фенол, представляющий собой продукт конденсации формальдегида, фенола и триэтилентетрамина. диэтилентриаминометилфенол, этилендиаминометилфенол марки АФ-2 — продукт конденсации формальдегида, фенола и этилендиамина, смеси одного из отвердителей

УП-583Д УП-583Т и АФ-2 с УП-0633М в соотношениях 1:1; 1;2; 2;1, Эпоксидно-диановую смолу, модифицированную каучуком СКД-КТРА, готовят s реакторе, снабженном мешалкой, термопарой, рубашкой для обогрева, в который загружают эпоксидно-диановую смолу ЭД-20 либо ЭД-22 и каучук СКД-КТРА, взятые в соотношении 100;10, Смесь нагревают при интенсивном перемешивании до 130 — 140 С (или до 165 — 170 С) в течение 5-6 ч при 130140 С либо в течение 2 ч при 165 — 170 С

10 порошок, либо кварцевую муку B количествах, указанных в примерах табл, 1. После получения однородной смеси композицию

25

55 проводят реакцию этерификации. По окончании готовый продукт охлаждают до 70—

80 С и используют для изготовления антифрикционной композиции, в которую при перемешивании вводят последовательно наполнители: дисульфид молибдена, графит, ЦТС либо ЦТС-шлам и, при необходимости, технологические добавки— оксидалюминия либо кислотоустойчивый охлаждают до комнатной температуры. Расчетное количество одного из отвердителей (УП-0633М, УА-583Д, Т, АФ-2) либо их смесей вводят непосредственно перед применением композиции.

Композицию наносят с помощью ручного пресса на предварительно очищенные и обезжиренные металлические поверхности узлов, в т.ч. сложной конфигурации, и цилиндрические поверхности. Затвердевание покрытия в нормальных условиях 20 -2"С происходит за 18 — 20 ч, достижение максимальных значений показателей — в течение

7 сут.

Составы предлагаемой композиции (примеры 2, 7, 8, 15 — 22), оценка величины износа ряда исследованных композиций, который определен при трении пальчикового образца по цилиндру из чугуна без смазочного материала при давлении 2 МПа, скорости скольжения 15,7 мlмин и продолжительности испытания 6 ч приведены в табл, 1, характеристика физико-механических свойств предлагаемой композиции в сравнении с известными антифрикционными композициями для запрессовки — в табл. 2.

Триботехнические свойства композиций определены на стендах по методикам экспериментального научно-исследовательного института металлорежущих станков, Коэффициент трения в паре с чугуном при смазывании антискачковым маслом

ИНСп определяют при давлении 0,5 МПа и скорости скольжения 0,8 мм/мин (KTp).

Коэффициент трения в паре с чугуном при смазывании нелегированным индустриаль" ым маслом И-40А определен как среднее значение коэффициентов трения покоя при продолжительности неподвижного контакта 0 и 60 с и коэффициента трения при скорости скольжения 0,8 мм/смин и четырех значениях давления 0,1; 2,0; 0,5; 1,0 МПа (Кср) Физико-механические характеристики композиций определены по методикам соответствующих ГОСТов: разрушающее на1742284

55 пряжение при сжатии (ocж.) — по ГОСТ 4651в

82, прочность клеевого соединения ст. 3/ст, 3 при сдвиге (ocpe.) — по ГОСТ 14759 —.69, прочность клеевого соединения СтЗ/стЗ при равномерном отрь ве (op.o.) — по ГОСТ

14760 — 69, ударную вязкость (а) — по ГОСТ

4647-80; водопоглощение за 24 ч при (20 ) С вЂ” по ГОСТ 4650 — 80, Использование в предлагаемой композиции одной из добавок — оксида алюминия и т.д, в виде мелкодисперсных порошков в указанных количествах в значительной степени препятствует оседанию тяжелого наполнителя ЦТС и в одинаковой степени позволяет регулировать величину жизнеспособности, достичь ее не менее 100 мин, что свидетельствует об улучшении технологических свойств композиции по сравнению с известной, Из данных табл. 1, 2 следует, что использование в антифрикционных композициях физических смесей эпоксидно-диановой смолы и каучука СКД-KTPA (пример 5) либо каучука СКН-ЗОКТРА(пример 6) не позволяет снизить износ при сухом трении до уровня предлагаемой композиции. Износ таких композиций более, чем на 42 выше износа предлагаемой.

Применение эпоксидно-диановой смолы, модифицированной путем реакции этерификации каучуком CK4-KTPA в соотношении 100:5 и 100:15, также не позволяет снизить износ композиции (примеры 1, 3). Износ таких композиций более, чем на 34 выше износа предлагаемой, Кроме того, в случае применения эпоксидно-диановой смолы, модифицированной СКДКТРА в соотношении 100:15 (пример 3), наблюдается рост водопоглощения (в 3 раза) и снижение сг ж в 1,2 раза.

Использование эпоксидно-диановой смолы, модифицированной каучуком СКН30КТРА (отличающимся по химическому составу от СКД-КТРА) ь соотношении ".00. 10, не обеспечивает износ на уровне предлагаемой композиции (пример 4), В этом случае износ композиции в среднем на 44; выше.

Из табл. 2 видно, что введение в эпоксидную композицию, содержащую твердые смазки, ЦТС либо ЦТС-шлама в количествах, превышающих верхний предел (пример

9), не позволяет получить технологическую композицию, пригодную для нанесения на поверхности скольжения методом запрессовки.

При содержании ЦТС либо ЦТС-шлама в количествах, меньших нижнего предела (пример 10), невозможно достичь низких значений износа композиций. Износ таких

40 композиций в среднем на 40 выше износа предлагаемой.

Увеличение содержания в наполненной композиции графита и дисульфида молибдена выше верхнего предела (примеры 12, 13) не обеспечивают высоких адгезионных характеристик.

Введение твердых смазок ниже нижнего предела (примеры 11, 14) не позволяет получить композицию с износом на уровне износа предлагаемой. Их износ в среднем на 24 выше износа предлагаемой.

Как видно из табл, 1, 2, приведенные типы отвердителей и их количество в указанных пределах не оказывают существенного влияния на износ наполненных композиций и их физико-механические свойства (примеры 8, 16 — 22). Поэтому для отверждения предлагаемой композиции можно использовать аминные отвердители холодного отверждения, а также из смеси.

Предлагаемая композиция (примеры 2, 7, 8, 15 — 22) обладает высокой стойкостью к воздействию смазочных масел: маслопоглощение ее, определенное по методике ГОСТ

12020 — 80, составляет 0,03 — 0,04 / за 24ч при (202) С, Таким образом, предлагаемая композиция для узлов трения при сохранении всего комплекса технологических и физико-механических свойств в сравнении с известной обеспечивает повышение износостойкости покрытия при трении без смазочного материала в среднем на 12 и, следовательно, на столько же увеличивает период эксплуатации станков до капитального ремонта, поскольку долговечность станка пропорциональна снижению износа покрытия.

Формула изобретения

1. Антифрикционная композиция для покрытия узлов трения скольжения, включающая эпоксидно-диановую смолу, дисульфид молибдена, скрытокристаллический графит, аминные отвердители или их смеси, отличающаяся тем, что, с целью повышения износостойкости покрытия, композиция включает эпоксидно-диановую смолу с содержанием эпоксидных групп

19.9 — 23,5 мас,, модифицированную жидким бутадиеновым карбоксилсодержащим каучуком с 2,5 — 3 3 мас. концевых карбоксильных групп при массовом соотношении указанных смолы и каучука 100:10, и дополнительно содержит в качестве наполнителя сегнетокерамический материал или цирконат-титанат свинца при следующем соотношении ингридиентов композиции, мас.ч:

1742284

2. Композиция по и, 1, о т л и ч а ю щ ая сятем,,что,,с целью улучшения технологических свойств, она дополнительно содержит оксид алюминия или кислотоустойчи5 вый порошок, или кварцевую муку в количестве 35 — 60 мас.ч. указанная модификационная эпоксидно-диановая смола 110; дисульфид молибдена 5—

10; скрытокристаллический графит 35 — 40; сегнетокерамический материал или цирконат-титанат свинца 200 — 300; аминные отвердители или их смеси 19,9 — 34,5.

Таблица1

СосСодержание компонентоя мас 2 тая

Смола эпоксиднолиановая,модифицированная

СКД"КТРЯ (соот" ножение 100:10) Смола эпоксндно-диановая, модифицкоованная СЩ-30КТРЯ (соотноиение

100:10) Снопа эпоксидно-дианоаая

Смола эпоксидно-диановая, модифицирован" ная СКй-KTPA (соотнсчение

100)5) CHolQ эпоксидло-днановая, модифицированная СКД-ЛТРА (соотназение

100)15) Графит

Каучук

Цирконат титанат свинца

ЦТС-19

Патериал сегнетакерамнческий

ЦГС))исулифнд молибдена

СКГ;КТРД CKH-30KTPA

105(э.ч.21) 300

220„

115(э.ч.21) 250

250

110(э.ч.2 1) 100(э.ч.21)

100(з.ч 21) 250

250

10

200

250

300

Продолжение табл 1

Содержание компонентов, мас.Ф

Износ

Соспри тра. нии без сиззочнотав

Оксид аланиЯнинмие отвердители

Кварцевая мука

Кислотоустойчиаый поСнеси УП-0633М и

УП-583Т в соотношении

Яф-2 УП-5832 УП-583Т

К 1,28 К 1,21 К 1,47

УП-0633Н

К Iio го материала, нкн ния рожок

:! (12 L2)Г

38

23

33

39

3,5

30,0

25,4

60 г),д

21,0

25

27,3

П р и и е ч а н и е. Примеры 2,7,8,15,22 - по предлагаемому способу, К - расчетный коэффициент аминного отвердителя для определения его количества на 100 нас.ч. смоляной части композиции

1

2 110(э.ч.21)

4

6

7 !10(з.ч.)9,9)

8 110(э.ч.23,5)

9 110(э.ч.23,5)

10 110(э.ч.23,5)

11 )10(э.ч.23.5)

12 110(э.i4,23,5)

13 1!0(з.v.23,5)

14 110(э ч.23,5)

15 110(э.ч. 3.5)

16 )10(э:ч.23,5)

17 110(э.v.23,5)

i8 110(э.ч.21)

)9 110(з.ч.21)

20 110(э.ч.21)

21 1)0(э.ч.21)

22 110 (э.ч. 21)

Прототип КС-7

2

4

6 7

9

11

12

13

14

16

17

18

)9

21 35

22 60

21

21

21

2I

21

2!

19,9

23,5

23.5

23.5

23,5

23,5

23,5

23,5

23

24

36

29

23

24

22

23

21

23

22

21

21

24,2 22

7

7

5

7

12

7

7.

)О

З7

37

37

37

37

37

37

З7

43

32

З7

40 .

1742284

Та блица 2

Показатели для состава

Свойства

Diamant

moglice

И/В известного предла гаемого (7 )8 ) 5 )i6 17

ЗКС-7

87 89 89

86 87 .8. (89 87

3,8 3,7 3Л 3,7 3,8

15 15 16 17 16

87

3,6

3,0

3,9 3,7 3,7

18 17 16

36 34 33

3,9

16

34

33 31 32 35 33 30

0,04 0,94 0,06 0,06!

0,04 0,04

23 21

0,09 0,09

0,07 0,06 0,08 0,05 0,0;

23 22 21 21 22

0,07

0,05

30

21 23 22

0,09 0,09 О,I19

I, мкм

0,09 0,09

0,09

0,09 0,09

0,19 0,20

0 09 0,09 0,0 .

0,20 0,20 0,1 к гр

Ср

0,2

0,19 0,20 0,20 0,119 0,20 0,20

0,2 .

Продолжение табл. 2

Свойства

Показатели для состава контрольного

1Т1(Т

12 (13 . 14

89 81 91

6,„,ип

92 74 81

3,8

3,0

17

3,0 5,7

13 18

30 31

0,04 0,23 0,08 0,10 0,08 0,03 0,04

38 33 37 ..4о 42 24 36 29 о,оз 0,06 о,о7

28 24 30

I, мкм ктр

Ср

Редактор Н. Гунько

Заказ 2259 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

6, МПа а,кДЖ/мз

6сдв МПа бр, МПа

Ьодопоглощение,Ф а,кДж/мз

6 „,МПа (Ур „Ипа

Водопоглощение,3

2 18 19 20 21 22

8S 89

3,8 3,9

16 18

34 34

90 81 89 90 90

3,1 3,5 3.,9 3,6 4,0 3,3 4,2

10 10 17 16 18 12 9

36 29 34 32 33 26 24

0,10 0,10 0,12 0,12 0,09 0,09 0,12 9,10 0,09 0,09 0,09

0 21 0>22 оь20 0>21 0 20 0>19 0.21 Оэ20 0э20 Ою20 0>22

Составитель Н. Лузина

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Э. Лончакова