Антифрикционная полимерная композиция

 

Использование: изготовление уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения, герметичных уплотнений в узлах машин и механизмов авиационно-космической, сельскохозяйственной техники, автомобильного , железнодорожного и водного транспорта, в оборудовании часовой, химической , нефтехимической промышленности и др. отраслях. Сущность изобретения: антифрикционная полимерная композиция содержит , %: /б-сиалон общей формулы Sie-xAlxOxNe-x, где .8-4,0, 0,5-10, полипара-оксибензол 0,5-50 и политетрафторэтилен - остальное до 100. Характеристика композита: ударная вязкость по Шарпи (без надреза) 25-100 кДж/м2, прочность при сжатии 12-24 МПа, прочность при растяжении 10-20 МПа, относительное удлинение при растяжении 115-295%, коэффициент трения без смазки 0,10-0.20. интенсивность износа (I.O-e. г/ч, максимальная температура эксплуатации 230-350°С. 1 табл. у Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

/" К ПАТЕНТУ (ПТФЭ) остальное. (21) 4943057/05 (22) 06.06.91 (46) 30.05.93. Бюл. М 20 (71) Институт физики прочности и материаловедения CO и Н СССР и Институт неметаллических материалов Якутского научного центра СО АН СССР (72) Т.Н.Сидоренко, Т.Г. 3 ыкова, В.В. Гузеев.

А.А.Охлопкова, А.В.Виноградов, У.А.Циелен, А.Н.Поцелуев и И.Н.Черский (73) Институт неметаллических материалов

С0 РАН (56) Андрианова О.А. и Егоров Е.Н. Механические и антифрикционные свойства компо.зиций на основе политетрафторэтилена и высокодисперсных наполнителей. В сб.:

Композиционные полимерные материалы в условиях низких температур. Изд-во Яф СО

AH СССР, 1983.

ТУ 6-05-231-202-83 "Масса прессовочная 6-4 (Аропласт 6-4)". (54) АНТИФРИКЦИОННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ

КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к конструкционным полимерным композиционным материалам антифрикционного назначения и может быть использовано для изготовления уплотнительных элементов пар вращательногоо и возвратно-поступательного перемещения, герметичных уплотнений в узлах машин и механизмов авиационнокосмической, сельскохозяйственной техники, автомобильного, железнодорожного и водного транспорта, в оборудовании часовой, химической, нефтехимической промышленности и др. отраслях, .. Ж «1819271 А3

rsi)s С08 J 5/16, С08L27/18, С08 КЗ/34// (C08 J 5/16. С08 L27/18)(C08L27/18, 65;02) (57) Использование: изготовление уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного- перемещения, герметичных уплотнений в узлах машин и механизмов авиационно-космической, сельскохозяйственной техники. автомобильного, железнодорожного и водного транспорта, в оборудовании часовой, химической, нефтехимической промышленности и др, отраслях. Сущность изобретения: антифрикционная полимерная композиция содержит, 7;: Р-сиалон общей формулы

SI6-xAIxOxN6-х, где х=0,8 — 4,0, 0,5 — 10, полипара-оксибензол 0,5 — 50 и политетрафторэтилен — остальное до 100. Характеристика композита: ударная вязкость по Шарпи (без надреза) 25-100 кдж/м, прочность при сжатии 12 — 24 МПа, прочность при растяжении 10-20 МПа, относительное удлинение при растяжении 115 — 295, коэффициент трения беэ смазки 0,10 — 0,20, интенсивность износа (1.0 — 8.6)10 г/ч, максимальная тем-6 пература эксплуатации 230 — 350 С. 1 табл.

Целью изобретения явлется повышение износостойкости материала из данной композиции при температурах до 350 С, Поставленная цель достигается тем, что композиция на основе политетрафторэтилена и поли-пара-оксибенэоила, дополнительно содержит Р -сиалон, при следующем соотношении компонентов, ма с. ь:

Р-сиалон 0.5-10

Поли-пара-оксибенэоил (ПОБ) 0,5-50

Политетрафторэтилен

1819271

Для изготовления композиции использовали ПТФЭ вЂ” фторопласт-4- промышленный продукт, получаемый в соответствии с

ГОСТ 10007-80, со степенью кристалличности до спекэния 95 — 98"-,,ь, после спекания

50 — 70 и плотностью 2,10-2,18 г/см, Т» з

327 С. ПОБ выпускается опытно-промышленными партиями в соответствии с регламентом 1931 (КНИИХП, г.Кемерово), со степенью кристалличности до спекания 8595, после спекания 40-65 и плотностью

1,40-1,60 г/см, Тралл,>500 С, р -сиалоны — высокодисперсные неорганические наполнители общей формулы

Sls-xAlx0xNa-õ, где (х=0,8 — 4}, представляющие собой твердые растворы а-оксида алюминия и нитридэ алюминия и в нитриде кремния, получены плэзмохимическим синтезом. Удельная поверхность Р-сиалонов

50 — 70 м /г, размер частиц 0,01-0,18 мкм, выпускаются по ТУ 88 Лата.ССР 079-88.

Предлагаемая композиция ПОБ в сочетании с ПТФЭ и Р-сиэлоном обеспечивает в материале износостойкость при повышенной температуре. Известные материалы работают при 60 — 2200С. Предлагаемый материал работает при температурах. от

600С до 360ЯС.

Увеличение износостойкости материала можно объяснить поданным структурных исследований. Основными элементами структуры наполненных систем становятся различные по форме и размерам сферолиты, которые в ненаполненном состоянии не наблюдаются. Развитие и рост сферолитов происходит от частиц ультрадисперсных нзполнителей, т.е. наполнитель является искусственным зародышем надмолекулярных структурообразований, что подтверждено результатами рентгеноструктурных исследований

Для получения энтифрикционной композиции смешивают расчетные количества

ПТФЭ, ПОБ и Р.сиалона в высокоэффективном смесителе до получения однородной массы. Затем сушат и методом холодного прессования получают заготовки необходимой формы, которые спекают либо xoasnpecсионно, либо свободным способом при

370й5 С

Приме р1. Смешивают99гПТФЭ,О;5г

ПОБ:и 0,5 r ф-сиалона состава Я А1404Й4 в высокоэффективном смесителе до получения однородной массы, После смешивания сушат в шкафу при 120-140 С в течение 2 ч.

Подготовленный пресс-материал помешают в холодную пресс-форму и прессуют при удельном давлении 50 МПа. Не вынимая материал из пресс-формы, проводят компрессионное спекание безделия. Охлаждение проводят в обогреваемой пресс-форме со скоростью один градус в минуту.

Пример 2. 89,5 г ПТФЭ, 10 г ПОБ и

0,5 г Р-сиалона состава 8Ь,2А!о,аОо,вот,г смешивают в смесителе до получения однородной массы, которую затем сушат при

120-140 С в течение 2 ч. Готовый пресс-материал прессуют методом холодного прес10 сования (удельное давление 50 Mila).

Свободное спекание изделий проводят в электрической печи при 370+5 С в течение

2 ч. Охлаждение изделий проводят непосредственно в печи.

Остальные примеры получения антифрикционных полимерных композиционных материалов проводили аналогично . описанным выше. Состав заявляемых композиций приведен в табл.1

8се полученные материалы были охарактеризованыы физико-механическими, трибологическими свойствами (см.таблицу).

Физико-механические свойства получен-. ных композитов определены на стандарт25 ных образцах. Прочностные испытания проводили нэ машине "Instron" при скорости движения. прочностных захватов 100 мм/мин. Испытания нз растяжение проводили по ГОСТ 11262-80, испытание на сжа30 тие по ГОСТ 4561-78. Ударную вязкость по

Шзрпи (без надреза) onредвлили по ГОСТ

4647-80, Готовые изделия испытали на антифрикцйонные свойства. (ГОСТ 1162975) и износостойкость (ГОСТ:26614-85).

Максимально допустимые. температуры эксплуатации определили дифференциально-термическим методом (ДТМ) по темперзтурв плавления (ГОСТ 2 1553-76) и температуре размягчения при изгибе (ГОСТ

40 12021 75), э также по теплостойкости по

Мартенсу. (ГОСТ 21341-75);

Как следует из приведенных данных, заявляемые антифрикционные полимерные .материалы имеют аысокую износостой45 кость; в сочетании с вйсокими физико-механическими показателями. Так коэффициент трения уменьшился I 1 5 раза, износостойкость аыросла з 1,4-10 рзз, что привело к увеличение ресурса работы узлов трения

50 (торцовые уйлотнения); Максимальная температура эксплуатации увеличилась нз 10130 С, что позволяет использовать разработэийые материалы в интервале тем- йервтур 40-320ÎÑ. Материал обладает так же свойством "самозалечивания", т.е. имеет способность поглощать абразивные частицы, не рззруазясь при этом. Также материал обладает малой гззопроницаемостью и может использоваться в герметичных узлах

1819271 (napa трения торцовых уплотнителей, сепараторы подшипников и др.). Значительно увеличился ресурс работы узлов трения (торцевые уплотнения).

Формула изобретения

Антифрикционная полимерная композиция, включающая политетрафторзтилен и поли-параоксибензоил; о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения износостой10

Состав и свойства антнврикционных полннерных конпозитов

Пример лаксин. тенпература зксллуатац., Ннтенснвность иэ носа, г/и

Козовнцнент трения без смазки

Относительное удлинение прн растяхеннн, Проиность при растяхке, Nla

Проиность при схатин, !

Па

Ударная вязкость кдн/нз

Комюнентый состав, нас ь

44-50

10-15 180-200 0,21-0,24 1 ° 8-3 ° О 10 . 220-250!

8-20!!звестный (прототип) антифрикцнзнний конюзит

ПТФЗ-75

П06-20

Но 5

290-295 0 ° 12-0, 14 8, 0-8,6-10 240-250

13-16

ЬО-42

17-!9

260-270 0,13-0,15 6,0-6,8 10 250 270

l4-15! 5-18

38-40

З1-ЗЗ 16-19

О;15-0, 17 1, 0-1, 2 10 280-300

1,0-1,2 10

»О-З50

0,10-0,13

30-32 18-20

3 0-3 ° 2 10. 25"30

0,16-0, 18

330-350

115-125

15-20

20-23

100-125 12 14

Ь,О-Ь, 2 ° 10 е

200-220

260-270

О, 15-0,20

15 20

20-22

4,0-4 ° 6!10

330-350

0,25-0,30

115-120

20-25

Редактор

Заказ 1949 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

И3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

2 Припер 1!1106-0,5 сиалон-О ° 5

ПТФЭ-99 ° 0

3 Пример 2:ПОБ-10 сиапон-0,5

ПТФЭс89 ° 5

4 Припер 3:ПОБ-20 сиалон-О ° 5

ПТФЭ-79,5

5 приняв 51006-5 сиалон5

ПТОЭ-90,0

6 Пример БЛОБ-10 сиалон-5

ПТФЭ "85, О

7 Припер 7ЛОБ-15 скалон-5

ПТФЭ-80,0. 8 Принер 7зПОБ-20 скалон"5

flT40 75 0

9 Прннер8гПОБ-5 сиалон 10

ПТФЭ»85> О

10 Прннер 91ПОБ-20 скалон» 1 ° ПТФЭ-70 ° О

11 Принер 10!ПОБ-50 с напои-1О

ПТФЗ 40,0

12К Прннер 11сПОБО,2 снатвзн-0 2

ПТФЗ-99, 6

13К Принвр ИЛОВ-55 скалон-12

ПТФ0-33, О кости материала из данной композиции при температурах до 350 С, она дополнительно содержит Р-сиалон общей формулы

Sis-xAlxOxNs-x где х-0,8 — 4,0, при следую5 щем соотношении компонентов, мас.7,: ф -сиалон указанной формулы 0,5-10

Поли-параоксибен зоил 0,5-50

Политетрафторзтилен Остальное до 100

95-100 12-15 14-20 240 260 0,15-0,20 1,0-1 ° 5" 10 230-240

42-45 16-20 15-20 190-210 О, I2-0,15 1,0 -1,2 10 260-280

40-43 20-23 18-20 . 180-200 0,18-0,20 2,3-2,5 ° 10 280-300

37 39 16-20 12"14 245-250 0,13-0,15 5,0-6,0.10 ?70-300

35-37 20-24 10-12 225-230 0,13-0, 15 3,0-3,6 10 300-320

Составитель Н. Простова

Техред М.Моргентал Корректор Н. Гунько