Антифрикционная композиция для обработки твердых поверхностей

 

Антифрикционная композиция для обработки твердой поверхности, включающая растворитель и перфторированное соединение полиалкиленоксида в качестве перфторированного соединения содержит перфторполиоксиалкилен-карбоновые и/или - сульфокислоты и/или их смеси с перфторполиоксиалкиленкетонами, общая формула которых приведена в описании изобретения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к составам, используемым для обработки твердых поверхностей для снижения коэффициента трения и повышения износостойкости, что позволяет регулировать смачивание, прилипание, адгезию и поверхностную каталитическую активность контактных поверхностей из металла, керамики, камней и полимерных материалов.

При эксплуатации узлов трения и инструментов для обработки различных твердых материалов основное значение имеет их износостойкость, коэффициент трения и надежность. Для повышения эксплуатационных свойств применяют различные покрытия для контактных поверхностей.

Известно покрытие на основе полиакриламида или сополимера акриламида с формальдегидом с добавлением графита [1] Однако указанное покрытие имеет тенденцию к отслаиванию и изменяет геометрические размеры контактных поверхностей. Такое покрытие может быть использовано только при низких удельных нагрузках и умеренной температуре.

Наиболее близким является состав для обработки твердых поверхностей, состоящий из 0,01-5,0% раствора перфторированной кислоты полипропиленоксида формулы С₃F₇О(С₃F₆О)_n СООН, где n 8-30, в смеси хладонов 112 и 113 [2] Однако такой состав может быть использован только при температуре не более 150^oС, что определяется наличием формиатных групп ОСООН, которые легко разлагаются с образованием СО₂, R_FН и R_F СOF, что вызывает коррозию металлов.

Целью изобретения является создание антифрикционной композиции, имеющей повышенную термическую стабильность и позволяющей снизить коэффициент трения, момент трения покоя, повысить износостойкость и противозадирные свойства.

Это достигается тем, что антифрикционная композиция, содержащая растворитель и перфторированное соединение полиалкиленоксида, в качестве перфторированного соединения полиакиленоксида содержит перфторполиоксиалкиленкарбоновые или сульфокислоты или их смесь с перфторполиоксиалкиленкетонами общей формулы где R_F= 1) CF₃O-, 2) С₂F₅О-, 3) С₃F₇О-, 4) С₈F₁₇О-, n 8-50, m 0-10, k 0-1 II)-(CF₂CF₂O)_n(CF₂O)_mCF₂- n 5-200, m 0-30 III)-(СF₂CF₂CF₂O)_n CF₂CF₂-
n 8-50
IY)-(CH₂CF₂CF₂O)_nCH₂CF₂-
n 5-40
Z CО -, SO₂ -
Q OH, -СF₃, -СF (CF₃)₂
в количестве 0,01-5,0 мас.

В качестве растворителя используют вещества, в которых растворимы соединения на основе перфторполиалкиленоксида. Такими веществами являются трифтортрихлорэтан, перфторпентан, соединения из ряда полифторалканов или полифторгидроалканов с числом атомов углерода 5-10, а также вода в смеси с эмульгатором, взятым в количестве 0,01-5,0 мас. В качестве эмульгатора могут быть использованы фторсодержащие катионные или неоногенные или амфолитные эмульгаторы. Например, N₁N деметил N этилол пропан амид перфтор-энантовой или пеларгоновой кислоты, полиэтиленгликоль перфтор-гептаноила с числом этиленоксидных звеньев, равным 7-25; N₁N - деметил N метилен карбокси пропанамид перфтор-энантовой, пеларгоновый или 3,6 диокса 5 трифторметил перфторнонилсульфокислоты.

Используемые по изобретению соединения перфторполиоксиалкилена являются продуктом сополимерзанции гексафторпропилена или тетрафторэтилена с кислородом в поле ионизирующего излучения или при химическом инициировании реакции сополимеризации элементным фтором.

Указанные соединения получают путем анионной полимеризации окиси гексафторпропилена или тетрафторэтилена [3] или оксетана полученного димеризацией тетрафторэтилена и формальдегида, с последующей анионной полимеризацией и обменом атомов водорода на фтор или без такового обмена [4]
Олигомеры подвергают гидролизу с последующим выделением кислот или кетонов известными приемами. Перфторполиокиалкиленфторид также может быть получен сополимеризацией, например, гексафторпропилена с кислородом в поле УФ излучения при (-30) (-60)^o С в жидкой фазе. Сульфокислоты получают анионной конденсацией тетрафторсульфона с окисью гексафторпропилена при -10^oС с последующим выделением целевого продукта и элиминированием фторангидридной группы методом фторолиза при 120^oС.

Композиция, нанесенная на твердую поверхность, адсорбируется, затем хемосорбируется и образует на поверхности мономолекулярный слой толщиной . Вследствие этого снижается поверхностная энергия с 1800-5000 mH/м (для металлов) до 4-6 mH/м и с 500 mН/м (для керамики, камня) до 2-4 mH/м, момент трения покоя уменьшается в 10-10^-4 раз, повышается тангенциальное усилие сдвига минерального масла на твердой поверхности с 0,5-0,7 до 15-30 g. Полученное таким образом покрытие выдерживает удельные нагрузки до 300 кГ/мм нетоксично, негорюче (температуре начала разложения ≥450^oС), пожаро-взрывобезопасно и нерастворимо в углеводородных растворителях, коэффициент трения поверхностей при этом снижается более чем в 10 раз, износ в 13-15 раз, в результате за счет снижения потерь мощности на трение контактных поверхностей энергопотребление уменьшается на 15-20%
Предлагаемая композиция также не требует возобновления и может быть использована для обработки металлообрабатывающего инструмента (резанием, давлением), пресс-инструмента, узлов трения машин и механизмов, работающих в условиях смазки или без таковой. Состав может быть использован в медицине для обработки хирургических спиц и шурупов при лечении опорно-двигательного аппарата, так как обладает бактерицидным, бактериостатическим и антиадгезионным действием.

Контактные поверхности, обработанные предлагаемым составом, не изменяют своих свойств при 400^oС не менее 8 мес.

Составы композиций и свойства покрытий приведены в таблице.

Формула изобретения

1. Антифрикционная композиция для обработки твердых поверхностей, включающая растворитель и перфторированное соединение полиалкиленоксида, отличающаяся тем, что в качестве перфторированного соединения полиалкиленоксида она содержит перфторполиоксиалкилен карбоновые, и/или сульфокислоты, и/или их смеси с перфторполиоксиалкиленкетонами общей формулы
R_FR¹_FZQ,
где R_F CF₃O-, C₂F₅O-, C₃F₇O-, C₈F₁₇O-;

n 8 50, m 0 10, k 0 1;

n 5 200, m 0 30;

n 8 50;

n 5 40;
Z -CO-, -SO₂-;
Q -OH, CF₃, -CF(CF₃)₂,
в количестве 0,01 5,0 мас.

2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве растворителя содержит трифтортрихлорэтан, или перфторпентан, или полифторхлоралкан, или полифторгидроалкан с числом атомов углерода 5 10.

3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве растворителя содержит воду в смеси с 0,01 5,0 мас. фторсодержащего катионного, или неионогенного, или амфолитного эмульгатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2