Антифрикционная самосмазывающаяся композиция

 

Описывается антифрикционная самосмазывающаяся композиция для различных областей машиностроения, приборостроения, авиа- и судостроения, в частности для изготовления вкладышей подшипников скольжения, скользящих направляющих и опор скольжения, работающих без смазки в воздушной среде. Антифрикционная композиция состоит из политетрафторэтилена, закиси меди, глицерина, абиетиновой кислоты, сложного эфира пентаэритрита и пальмитиновой кислоты, трифенилфосфина. Отличается композиция тем, что содержит дополнительно масло вазелиновое, масло терпентинное, акриловый сополимер и полиэтилен при следующем соотношении компонентов, мас.%: политетрафторэтилен 1-3, закись меди 30-45, глицерин 5-9, абиетиновая кислота 6-10, сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты 0,2-2, трифенилфосфин 0,3-1, масло вазелиновое 3-5, масло терпентинное 3-5, акриловый сополимер 5-9, полиэтилен - остальное. Технический результат - повышение антифрикционных свойств и износостойкости композиции.

Изобретение относится к антифрикционным самосмазывающимся композициям на основе полиэтилена и может быть использовано в различных областях машиностроения, приборостроения, авиа- и судостроения, в частности для изготовления вкладышей подшипников скольжения, скользящих направляющих без смазки в воздушной среде.

Известна антифрикционная самосмазывающая композиция (см. В.А.Белый, А.И. Свириденок и др. Трение и износ материалов на основе полимеров. -Минск: Наука и техника, 1976, С. 239-242), содержащая политетрафторэтилен, закись меди (Cu₂O) в следующем соотношении компонентов, мас.%: Политетрафторэтилен - 60 Закись меди - 40 Недостатком данной антифрикционной композиции является высокий коэффициент трения при работе без смазки.

Недостатком данной антифрикционной композиции является высокий коэффициент трения при работе без смазки.

Известна композиция (см. А.С. N 859427, СССР, МКИ C 10 M 3/01, 3/14, Б. И. N 32, 1981, С. 123) для узлов трения, содержащая глицерин, формальдегид, глицерат сернокислой меди, кислый сернокислый калий, гидрохинон, хлористый алюминий и эпоксидную смолу.

Недостатками данной смазочной композиции для узлов трения являются: композиция представляет собой жидкое вещество; может применяться только в качестве смазки.

Известна антифрикционная самосмазывающая композиция на базе эпоксидных смол (см. А. В. Чичинадзе. Полимеры в узлах трения машин и приборов. -М.: Машиностроение, 1980, С. 31), содержащая эпоксидную смолу, политетрафторэтилен - 40-50 мас.%.

Недостатком данной композиции является высокий коэффициент трения при работе без смазки.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является антифрикционная самосмазывающая композиция на базе эпоксидных смол (см. А.С. N 1744104, СССР, МКИ C 10 M 141/10, Б.И. N 24, 1992, С. 111-112), содержащая политетрафторэтилен, закись меди, глицерин, абиетиновую кислоту, сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты, трифенилфосфин и эпоксидную смолу при соотношении компонентов, мас.%: Политетрафторэтилен - 1-3 Закись меди - 16-21 Глицерин - 9-11 Абиетиновая кислота - 16-20 Сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 0,2-0,5 Трифенилфосфин - 0,05-0,1
Эпоксидная смола - Остальное
Коэффициент трения композиции находится в пределах 0,04-0,09, интенсивность изнашивания в пределах 1,3•10^-8-1,25•10^-10.

Недостатком данной композиции является недостаточно низкая величина и недостаточная стабильность коэффициента трения при работе без смазки.

Задача изобретения - повышение антифрикционных свойств и износостойкости композиции.

Указанная задача решается тем, что композиция содержит политетрафторэтилен, закись меди, глицерин, абиетиновую кислоту, сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты, трифенилфосфин, масло вазелиновое, масло терпентинное, акриловый сополимер и полиэтилен при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Политетрафторэтилен - 1-3
Закись меди - 30-45
Глицерин - 5-9
Абиетиновая кислота - 6-10
Сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 0,2-2
Трифенилфосфин - 0,3-1
Масло вазелиновое - 3-5
Масло терпентинное - 3-5
Акриловый сополимер - 5-9
Полиэтилен - Остальное
Компонентами композиции являются вещества технической степени чистоты. При этом в качестве акрилового сополимера могут применяться различные (любые) акриловые сополимеры (например, сополимеры акриловой кислоты со стиролом, акриловой кислоты с винилацетатом, акриловой кислоты с метилметактрилатом, промышленно выпускаемые акриловые сополимеры, например Протакрил-М, включающий порошок фторсодержащего акрилового сополимера, (ТУ 64-2-267-78) и др. ), функция которых состоит в обеспечении пластификации композиции глицерином и удерживании глицерина в составе композиции.

Предлагаемая антифрикционная самосмазывающаяся композиция была получена по следующей технологии.

В сушильном шкафу при температуре 60-80^oC необходимо произвести сушку порошков закиси меди и политетрафторэтилена до содержания в них влаги 0,25%. После этого осуществляется приготовление навески компонентов в соответствии с соотношением, приведенным выше, подготовка, перемешивание и постепенный нагрев смеси до температуры 180^oC в тигле. После расплавления смеси смесь помещают в пресс-форму, нагретую до температуры 170-180^oC, и охлаждают вместе с пресс-формой. Производят извлечение образца композиции из пресс-формы.

Пример 1. Содержание компонентов, взятых для примера 1 антифрикционной самосмазывающейся композиции, следующее, мас.% (нижний предел содержания наполнителя):
Политетрафторэтилен - 1
Закись меди - 30
Глицерин - 5
Абиетиновая кислота - 6
Сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 0,2
Трифенилфосфин - 0,3
Масло вазелиновое - 3
Масло терпентинное - 3
Сополимер акриловой кислоты со стиролом (соотношение сомономеров по массе 1:1, молекулярная масса 40000-50000) -
Полиэтилен - 46,5
Коэффициент трения данной композиции составляет 0,04-0,05, устойчивость значений коэффициента высокая, период приработки 40-80 мин, интенсивность изнашивания композиции составляет 1,4•10^-8 , предел прочности материала на сжатие 55 МПа. Комплекс свойств композиции можно оценить как удовлетворяющий эксплуатационным требованиям.

Пример 2. Компоненты для примера 2 взяты в том же соотношении, что и в примере 1, мас.%:
Политетрафторэтилен - 1
Закись меди - 30
Глицерин - 5
Абиетиновая кислота - 6
Сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 0,2
Трифенилфосфин - 0,3
Масло вазелиновое - 3
Масло терпентинное - 3
Сополимер акриловой кислоты с винилацетатом (соотношение сомономеров по массе 1:1, молекулярная масса 40000-50000) -
Полиэтилен - 46,5
Коэффициент трения композиция - 0,045-0,05, длительность приработки 30-40 мин. Интенсивность изнашивания 1,3•10^-8, предел прочности 30-35 МПа. Эксплуатационные свойства композиции удовлетворительные.

Пример 3. Компоненты для примера 3 взяты в следующем соотношении, мас.%:
Политетрафторэтилен - 1
Закись меди - 30
Глицерин - 5
Абиетиновая кислота - 6
Сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 0,2
Трифенилфосфин - 0,03
Масло вазелиновое - 3
Масло терпентинное - 3
Сополимер акриловой кислоты с метилметакрилатом (содержание акриловой кислоты 10 мас. %, остальное - метилметакрилат, молекулярная масса 60000-80000) - 5
Полиэтилен - 46,5
Коэффициент трения данной композиции составляет 0,035-0,04, период приработки 40-60 мин, интенсивность изнашивания 1•10^-8, предел прочности материала на сжатие 40 МПа. Эксплуатационные свойства композиции удовлетворительные.

Пример 4. Компоненты взяты в следующем соотношении, мас.% (верхний предел содержания наполнителя):
Политетрафторэтилен - 3
Закись меди - 45
Глицерин - 9
Абиетиновая кислота - 10
Сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 2
Трифенилфосфин - 1
Масло вазелиновое - 5
Масло терпентинное - 5
Сополимер акриловой кислоты со стиролом (соотношение сомономеров по массе 1:2, молекулярная масса 40000-50000) -
Полиэтилен - 11
Коэффициент трения данной композиции составляет 0,03-0,04, период приработки 30-50 мин, интенсивность изнашивания 1•10^-9, предел прочности материала на сжатие 30 МПа. Эксплуатационные свойства композиции удовлетворительные, прочность несколько понизилась.

Пример 5. Компоненты для примера 5 взяты в следующем соотношении, мас.%:
Политетрафторэтилен - 3
Закись меди - 45
Глицерин - 9
Абиетиновая кислота - 10
Сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 2
Трифенилфосфин - 1
Масло вазелиновое - 5
Масло терпентинное - 5
Сополимер акриловой кислоты с винилацетатом (соотношение сомономеров по массе 1:2, молекулярная масса 40000-50000) -
Полиэтилен - 11
Коэффициент трения данной композиции составляет 0,03-0,04, период приработки 20-30 мин, интенсивность изнашивания 1,4•10^-9, предел прочности материала на сжатие 20-25 МПа. Эксплуатационные свойства композиции удовлетворительные.

Пример 6. Содержание компонентов, взятых для примера 6, следующее, мас. %:
Политетрафторэтилен - 3
Закись меди - 45
Глицерин - 9
Абиетиновая кислота - 10
Сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 2
Трифенилфосфин - 1
Масло вазелиновое - 5
Масло терпентинное - 5
Сополимер акриловой кислоты с метилметакрилатом (содержание акриловой кислоты 10 мас.%, молекулярная масса 60000-80000) - 9
Полиэтилен - 11
Коэффициент трения данной композиции составляет 0,025-0,035, период приработки 25-40 мин, интенсивность изнашивания 1•10^-10, предел прочности материала на сжатие 25-30 МПа. Эксплуатационные характеристики композиции удовлетворительные.

Пример 7. Содержание компонентов, взятых для примера 7 антифрикционной самосмазывающейся композиции, следующее, мас.% (среднее содержание наиболее значимых компонентов):
Политетрафторэтилен - 3
Закись меди - 40
Глицерин - 6
Абиетиновая кислота - 8,5
Сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 0,57
Трифенилфосфин - 0,64
Масло вазелиновое - 3
Масло терпентинное - 3,95
Акриловый сополимер Протакрил-М (ТУ 64-2-267-78) - 9
Полиэтилен - 25,34
Коэффициент трения данной композиции составляет 0,025-0,03, период приработки - 30-50 мин, интенсивность изнашивания 1•10^-10, предел прочности материала на сжатие 35 МПа. Эксплуатационные свойства композиции высокие.

Испытания композиций производились в воздушной среде (трение без смазки) на машине трения по схеме "вал-частичный вкладыш" при скорости скольжения 0,15 м/с, удельном давлении 2 МПа. Контртело изготавливалось из стали 45 с шероховатостью поверхности R_a - 0,63 мкм (закалка до твердости 37 HRC). Линейный износ определялся базовыми точками на оптиметре с ценой деления 1 мкм.

Дополнительно проводились испытания по определению прочности композиции при сжатии.

Приведенные данные показывают, что предлагаемая композиция имеет коэффициент трения, в два раза меньший, чем у прототипа, при меньшей интенсивности изнашивания. Время приработки композиции сопоставимо с временем приработки прототипа.

Испытания показали, что содержание компонентов, взятое ниже нижнего предела, не обеспечивает положительного эффекта, а превышение верхнего предела содержания компонентов не влечет за собой существенного улучшения триботехнических характеристик и приводит к снижению механической прочности композиции.

Предлагаемая композиция предоставляет возможность создания за счет понижения коэффициента трения менее энергоемких и материалоемких узлов трения.

Формула изобретения

Антифрикционная самосмазывающаяся композиция, содержащая политетрафторэтилен, закись меди, глицерин, абиетиновую кислоту, сложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты, трифенилфосфин, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит масло вазелиновое, масло терпентинное, акриловый сополимер и полиэтилен при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Политетрафторэтилен - 1 - 3
Закись меди - 30 - 45
Глицерин - 5 - 9
Абиетиновая кислота - 6 - 10
Cложный эфир пентаэритрита и пальмитиновой кислоты - 0,2 -
Трифенилфосфин - 0,3 -1
Масло вазелиновое - 3 - 5
Масло терпентинное - 3 - 5
Акриловый сополимер - 5 - 9
Полиэтилен - Остальное