Полимерная композиция для изготовления антифрикционного материала
Использование: углепластики, для изготовления подшипников, узлов трения машин и механизмов, работающих в режиме самосмазывания. Сущность изобретения: полимерная композиция для изготовления антифрикционного материала содержит, мас.%: твердая фенолформальдегидная смола 25 - 27, прокаленный нефтяной кокс со структурной характеристикой 3 - 5 баллов 68 - 72 и графит - остальное до 100. Прокаленный при 1250°С нефтяной кокс имеет плотность 2080-2100 кг/м3, микротвердость 1,8-2,1 дН/мм2, коэффициент прочности частиц 28%, коэффициент линейного расширения в пределах 20 - 520°С (1,6-2,2)
10-6 1/°С и коэффициент теплопроводности 20 - 25 Вт / ( м
К ). Температура поверхности контакта пары трения антифрикционный материал - конструкционная сталь при давлении 0,5 МПа и скорости скольжения 0,5 м/с составляет 67 - 80°С, скорость изнашивания 0,15 - 0,30 мг/ч, при давлении 1,0 МПа и скорости скольжения 1,0 м/с указанные показатели составляют соответственно 105 - 150°С и 1,15 - 2,00 мг/ч. 3 табл.
Изобретение относится к полимерным материалам, в частности к углепластикам, и может быть использовано для изготовления подшипников, узлов трения машин и механизмов, работающих без смазки, подаваемой извне. Известна антифрикционная углеродполимерная композиция, содержащая углеродный наполнитель на основе нефтяного кокса, твердую фенолформальдегидную смолу и графит, при этом основной наполнитель нефтяной кокс составляет 40-60 мас. композиции, а количество связующего 22-56 мас. Кроме того, композиция содержит щавелевокислый кадмий и порошковую смесь. Недостатком известной антифрикционной композиции является то, что в качестве основного компонента используют сырой (непрокаленный) нефтяной кокс, получаемый из остатков переработки нефти при температуре до 550оС. Такой наполнитель имеет низкую теплопроводность и микротвердость (до 0,6 кН/мм2), неудовлетворительные прочностные свойства, обуславливающее ухудшение теплоотдачи при работе изделия в подшипниковом узле и необходимость введения повышенного содержания связующего (до 56 мас. фенолформальдегидной смолы). Однако повышенное содержание связующего из-за низкой его теплопроводности и высокого коэффициента линейного расширения (КЛР) приводит к снижению работоспособности узлов трения. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционная полимерная пресс-композиция, содержащая фенолформальдегидную смолу 20-25 мас. нефтяной обожженный кокс 55-65 мас. остальное графит. Недостаток известной антифрикционной полимерной пресс-композиции заключается в том, что введение нефтяного обожженного кокса (термообработка при средней температуре 80оС, приводит к получению материала с большими колебаниями величины усадки, низкими теплофизическими и физико-механическими характеристиками. Введение в композицию графита в количестве 10-25 мас. обуславливает снижение нагрузочной способности изделий, их прочности и твердости в силу известных особенностей его кристаллической структуры (низкой спайности между слоями). Кроме того, средний коэффициент линейного расширения графита значительно выше, чем кокса, и составляет 8-11
10-6 1/оС. При использовании известной композиции с возрастанием скорости скольжения и удельных нагрузок наблюдаемое повышение температуры контактной поверхности пары трения влечет за собой интенсивный износ, резкое изменение диаметральных зазоров, приводит к значительным потерям на трение и даже к заклиниванию. В сочетании с широко применяемыми конструкционными сталями в системе вал-втулка необходимо устанавливать повышенные диаметральные зазоры, которые обуславливают возрастание ударных нагрузок и механического изнашивания, в особенности, при нестационарных тепловых режимах работы. Целью изобретения является повышение ресурса работоспособности пары трения вал-втулка. Согласно изобретению полимерная композиция для изготовления антифрикционного материала содержит твердую фенолформальдегидную смолу, прокаленный нефтяной кокс со структурной характеристикой 3-5 баллов и графит. Введение прокаленного нефтяного кокса (термообработка при средней температуре 1250оС) с определенной микроструктурной характеристикой (3-5 баллов), оцениваемой по ГОСТ 26132-84, обеспечивает в условиях нестационарного теплового режима и повышенных нагрузок возрастание эксплуатационной стойкости пары трения за счет улучшения теплоотдачи материала, снижения его КЛР, повышения прочности и твердости контактной поверхности изделия. В табл. 1 представлены физико-механические свойства прокаленного при 1250оС нефтяного кокса. Кроме того, обеспечивается возможность применения более точных допусков на диаметральные зазоры в системе вал-втулка, что способствует повышению нагрузочной способности подшипникового узла. Структурную характеристику прокаленного нефтяного кокса определяют методом микроструктурного анализа по ГОСТ 26132-84. Антифрикционный материал получают следующим образом. Прокаленный нефтяной кокс со структурной характеристикой 3-5 баллов, графит и твердую фенолформальдегидную смолу загружают в вибрационную водоохлаждаемую мельницу, где осуществляю их совместное измельчение в течение 3-5 мин. Полученные смеси загружают в пресс-форму и формуют из них изделия при давлении 50 МПа и температуре 170 
5оС. Диаметр изделий (втулки) составляет 45 мм, высота 12 мм. Сравнительные испытания полученных образцов производят на машине трения СМТ-1. Результаты сравнительных испытаний полученных материалов при работе в паре с конструкционной сталью твердостью 40-45 НRCэ, приведены в табл. 2. Как следует из табл. 2, оптимальными физико-механическими свойствами обладают материалы, полученные с использованием прокаленного нефтяного кокса со структурной характеристикой 3-5 баллов. Использование прокаленного нефтяного кокса со структурной характеристикой ниже 3 баллов приводит к увеличению температур поверхности контакта пары трения и повышению скорости изнашивания. Введение в композицию нефтяного прокаленного кокса со структурной характеристикой свыше 5 баллов, например игольчатого, хотя и способствует снижению температуры поверхности контакта за счет уменьшения коэффициента трения, однако приводит к повышению скорости изнашивания с увеличением нагрузок. В опытах варьировали количественное соотношение компонентов смеси при использовании нефтяного прокаленного кокса со структурной характеристикой 3,5-4 балла (кокс марки КЗК). В качестве связующего применяют пульвербакелит, смолу марки СФ-010, СФ-342А, графит ЭУТ-1 и коллоидный графит марки С-1. Результаты сравнительных испытаний материалов приведены в табл. 3. Предлагаемая композиция позволяет повысить теплопроводность и снизить КЛР получаемого изделия. Этим обеспечивается возможность выполнения более точных допусков на диаметральные зазоры в системе вал-втулка, повышается нагрузочная способность и ресурс работы подшипникового узла, обеспечивается меньший механический износ и эксплуатационная стойкость пары трения за счет уменьшения биений, возникновения несоосности и т.п.
Формула изобретения
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, включающая твердую фенолформальдегидную смолу, графит и термообработанный нефтяной кокс, отличающаяся тем, что, с целью повышения ресурса работоспособности пары трения вал втулка, она в качестве термообработанного нефтяного кокса содержит прокаленный нефтяной кокс со структурной характеристикой 3 5 баллов, при следующем соотношении компонентов, мас. Твердая фенолформальдегидная смола 25 27 Прокаленный нефтяной кокс со структурной характеристикой 3 5 баллов 68 72 Графит До 100РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
