Фрикционное изделие

 

Изобретение относится к фрикционным изделиям, предназначенным для эксплуатации в различных фрикционных механизмах. Фрикционное изделие включает полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители и дисперсные наполнители. Волокнистые армирующие наполнители или один из волокнистых армирующих наполнителей покрыты полимерным демпфирующим слоем и подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структур волокон и демпфирующего слоя в местах деструктивного воздействия. Технический результат - повышение армирующей способности волокнистого наполнителя, снижение местных удельных давлений, уменьшение поверхностных температур, улучшение фрикционно-износных характеристик.

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, 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 аналога "полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители или единственный волокнистый армирующий наполнитель, дисперсные наполнители и демпфирующий слой" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога 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.

Прототипом 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 деформаций и дефектов структуры волокна в местах деструктивного воздействия (см. патент РФ 2114338, МПК⁶ F 16 D 69/02, 1998 г.). Существенные признаки прототипа "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 прототипа 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 уменьшится прочность соединения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение армирующей способности волокнистого наполнителя с дефектами волокна с одновременным сохранением высокой пластичности поверхностного слоя фрикционного изделия у поверхности трения при фрикционном контакте в процессе эксплуатации, которая способствует снижению местных удельных давлений, уменьшению поверхностных температур и хорошей прирабатываемости, то есть улучшению фрикционно-износных характеристик фрикционного изделия.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, включающем полимерное связующее, волокнистые армирующие наполнители и дисперсные наполнители, при этом волокнистые армирующие или одни из волокнистых армирующих наполнителей подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры волокна в местах деструктивного воздействия, подвергнутый деструктивному воздействию волокнистый армирующий наполнитель выполнен покрытым полимерным демпфирующим слоем, предварительно подвергнутым местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры демпфирующего слоя в местах деструктивного воздействия.

Существенные признаки заявляемого изобретения "подвергнутый деструктивному воздействию волокнистый армирующий наполнитель выполнен покрытым полимерным композиционным демпфирующим слоем, предварительно подвергнутым 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, 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. Некоторые армирующие волокна (например, полиарамидные) могут содержать местные деформации и дефекты по длине волокна (эрозии, надрывы и др.) в результате деструктивного воздействия. Некоторые армирующие волокна (например, стеклянные), покрытые полимерным демпфирующим слоем из полимера, смеси полимера с наполнителями и т.д., содержат местные деформации и дефекты волокна и демпфирующего слоя по длине волокна (эрозии волокна и демпфирующего слоя, местные разрывы демпфирующего слоя 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 (обычно высокопрочный) могут предварительно подвергаться деструктивному воздействию, например, посредством обработки волокна химическими веществами, вызывающими эрозии на поверхности волокон; также может использоваться раздавливание или вальцевание волокон, растягивающее воздействие, жесткое воздействие металлических элементов и др. Возможно использование волокон с дефектами, приобретенными при производстве волокон (брачные волокна) или в других производственных процессах (отходы производства).

Другой волокнистый армирующий наполнитель предварительно покрывается 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 самого волокна и 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 накладка барабанного тормоза, изготовленная из полимерного композита, включающего 25% связующего на основе фенолформальдегидной смолы и смеси нитрильного и бутадиенового каучуков, 2% деструктурированных полиамидных волокон, 5% деструктурированных композиционных стеклянных волокон, покрытых деструктурированным демпфирующим слоем на основе латекса бутадиен-нитрильного каучука, 13% волокнистых наполнителей (минеральная вата, стекловолокно) и 55% порошкообразных наполнителей (барит, глинозем, графит, мел и др.) Изготовление фрикционного изделия с использованием армирующих наполнителей, покрытых промежуточным демпфирующим слоем, имеющих дефекты волокна и демпфирующего слоя по длине волокна, способствует, особенно в случае достаточно 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 волокна и слоя 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 возможен и полный вырыв волокна с образованием эрозий глубинных слоев фрикционного изделия Наличие дефектов в волокне и 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 и дисперсные наполнители, при этом волокнистые армирующие или один из волокнистых армирующих наполнителей подвергнуты предварительно местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры волокна в местах деструктивного воздействия, отличающееся тем, что подвергнутый деструктивному воздействию волокнистый армирующий наполнитель выполнен покрытым полимерным демпфирующим слоем, предварительно подвергнутым местному деструктивному воздействию с образованием деформаций и дефектов структуры демпфирующего слоя в местах деструктивного воздействия.