Фрикционное изделие

 

Изобретение относится к фрикционным изделиям, преимущественно безасбестовым, предназначенным для эксплуатации в различных фрикционных механизмах. Фрикционное изделие включает полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители, дисперсные наполнители и промежуточный демпфирующий слой, размещенный между связующим и волокнистыми армирующими наполнителями. Волокнистые армирующие наполнители или один из волокнистых армирующих наполнителей подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры демпфирующего слоя в местах деструктивного воздействия. Технический результат - повышение пластичности поверхностного слоя фрикционного изделия у поверхности трения при фрикционном контакте в процессе эксплуатации, что способствует снижению местных удельных давлений, уменьшению поверхностных температур и хорошей прирабатываемости.

Заявляемое изобретение относится к фрикционным изделиям, предназначенным для эксплуатации в различных фрикционных механизмах (тормозных узлах машин и оборудования, муфтах сцеплений и др.), преимущественно содержащих армирующие волокна (или нити из волокон), заменяющие асбест.

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель и дисперсные наполнители, при этом волокнистые армирующие или один из волокнистых армирующих наполнителей подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию с образованием деформации и дефектов структуры волокна в местах деструктивного воздействия (см. патент РФ N 2114338, МПК⁶ F 16 D 69/02, 1998 г.). Существенные признаки аналога "полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель, при этом волокнистые армирующие наполнители или один из волокнистых армирующих наполнителей подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является снижение армирующей способности волокнистого наполнителя из-за наличия дефектов волокна, что проявляется под воздействием ударных нагрузок, например при клепке в случае использования заклепочного соединения для монтажа изделия во фрикционном узле, в результате чего может произойти разрушение полимерного композита в районе заклепок и уменьшиться прочность соединения.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель, дисперсные наполнители и промежуточный демпфирующий слой, размещенный между связующим и волокнистыми армирующими наполнителями или одним из волокнистых армирующих наполнителей (см. Гузеев В.В. Армированные и самоармированные полимерные композиционные материалы для узлов трения. В сб. "Труды 3-го Международного симпозиума по трибологии фрикционных материалов "ЯРОФРИ-97". Ярославль, 1997, с. 176). Существенные признаки прототипа "полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель, дисперсные наполнители и промежуточный демпфирующий слой, размещенный между связующим и волокнистыми армирующими наполнителями или одним из волокнистых армирующих наполнителей" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является, особенно в случае использования достаточно прочных и длинных армирующих волокон, нитей (преимущественно заменяющих асбест), удерживание которых в массе фрикционного изделия возрастает благодаря наличию демпфирующего слоя, снижение возможности создания при фрикционном контакте в процессе эксплуатации у поверхности трения изделия положительного перепада механических свойств по глубине и образования поверхностного пластичного слоя, противостоящего передеформированию, "что способствует повышенному "схватыванию" пары трения, глубинному вырыванию армирующих волокон и других наполнителей и, как следствие, ухудшению фрикционно-износных свойств фрикционного изделия.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение пластичности поверхностного слоя фрикционного изделия у поверхности трения при фрикционном контакте в процессе эксплуатации, что способствует снижению местных удельных давлений, уменьшению поверхностных температур и хорошей прирабатываемости, то есть улучшению фрикционно-износных характеристик фрикционного изделия, особенно в случае использования достаточно прочных и длинных армирующих волокон и нитей.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, включающем полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель, дисперсные наполнители и демпфирующие слои, нанесенные на волокна армирующих наполнителей или на волокна одного армирующего наполнителя, волокна волокнистых армирующих наполнителей или одного волокнистого армирующего наполнителя подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры демпфирующего слоя в местах деструктивного воздействия.

Существенные признаки заявляемого изобретения и "волокна волокнистых армирующих наполнителей или одного волокнистого наполнителя предварительно подвергнуты местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры демпфирующего слоя в местах деструктивного воздействия" являются отличительными от признаков прототипа.

Фрикционное изделие представляет собой наполненный полимерный композит, включающий, как правило, полимерное связующее на основе каучуков, смол, их смесей и т.д., дисперсные (порошкообразные) наполнители или их смеси, например сурик железный, барит, каолин, углеродные наполнители, пластификаторы и др., и волокнистые армирующие наполнители (или единственный волокнистый армирующий наполнитель), представляющие собой нити или волокна, например стеклянные нити или волокна, волокна из ароматических полиамидов (фенилон, кевлар, оксалон), металлические волокна или проволока и др., или их смеси между собой или с другими, в том числе и с асбестовыми волокнами. На армирующие волокна, нити нанесен полимерный демпфирующий слой из полимера, смеси полимера с наполнителями и т.д., содержащий местные деформации и дефекты по длине волокна (эрозии демпфирующего слоя, местные его разрывы и т.д.).

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например формованием из полимерной пресс-композиции. При изготовлении композиции армирующие волокнистые наполнители или один из наполнителей предварительно покрываются слоем полимера (например, клеевой каучуковой композицией, с последующей термообработкой (вулканизацией), каучуко-смоляным композитом и т.д.), а затем подвергается деструктивному воздействию, например жесткому воздействию металлических элементов и т.п., в результате которого образуются дефекты полимерного слоя по длине волокна. Возможно использование волокнистых наполнителей, полученных путем механической деструкции брачных фрикционных изделий, изготовленных из покрытых полимерной, композицией нитей (например, навитых из нитей колец сцепления и др.), а также других отходов производства, содержащих покрытые полимером волокна и нити.

Конкретным примером заявляемого фрикционного изделия является колодка дискового тормоза, изготовленная из полимерного композита, включающего 8% связующего на основе фенолформальдегидной смолы, 10% композиционных стеклянных волокон, покрытых деструктурированным демпфирующим слоем на основе латекса бутадиеннитрильного каучука, 3% упруго-пластичного наполнителя (например, резиновой крошки) и 79% порошкообразных наполнителей (металлический порошок, бронзовая стружка, графит, глинозем, вермикулит и т. п.).

Конкретным примером заявляемого фрикционного изделия является накладка барабанного тормоза, изготовленная из полимерного композита, включающего 25% связующего на основе бутадиенового каучука, 15% композиционных стеклянных волокон, покрытых деструктивированным демпфирующим слоем на основе латекса бутадиеннитрильного каучука, и 60% порошкообразных наполнителей (барит, глинозем, технический углерод, сурик и т.п.).

Изготовление фрикционного изделия с использованием армирующих наполнителей, покрытых промежуточным демпфирующим слоем, имеющим дефекты по длине волокна, способствует, особенно в случае достаточно прочных и длинных волокон и нитей, сохранению имеющего гетерогенную структуру пластичного поверхностного слоя на поверхности трения за счет увеличения возможности удаления вместе с продуктами износа отдельных участков армирующих волокон при разрушении (разрыве) волокон в местах дефектов демпфирующего слоя. Использование достаточно длинных армирующих волокон, покрытых демпфирующим полимерным слоем, без механических дефектов может привести к увеличенному выходу на поверхность трения армирующих волокон по мере износа полимерного связующего и удаления полимера и порошкообразных наполнителей как продуктов износа. В результате удержания волокон в массе фрикционного изделия, чему существенно способствует демпфирующий слой, на поверхности трения могут оставаться достаточно длинные участки волокон. Это способствует образованию твердого поверхностного слоя, создающего отрицательный градиент механических свойств по глубине, что не обеспечивает удовлетворительных фрикционных свойств. Одновременно при значительных фрикционных нагрузках, особенно в случае прочных волокон, возможен и полный вырыв волокна с образованием эрозий глубинных слоев фрикционного изделия. Наличие дефектов в демпфирующем слое сохраняет прочность остальных участков покрытого слоем волокна (между дефектами), что обеспечивает армирующие свойства наполнителя с одновременной возможностью удаления отдельных частей волокон с продуктами износа. Это сохраняет пластичный слой и снижает возможность глубинных вырывов волокна. В результате удается улучшить фрикционно-износные характеристики фрикционного изделия.

Формула изобретения

Фрикционное изделие, включающее полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель, дисперсные наполнители и демпфирующие слои, нанесенные на волокна армирующих наполнителей или на волокна одного армирующего наполнителя, отличающееся тем, что волокна волокнистых армирующих наполнителей или одного волокнистого армирующего наполнителя подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры демпфирующего слоя в местах деструктивного воздействия.