Состав для получения лиофобного графитизированного материала
Владельцы патента RU 2260612:
Государственнное научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси" (BY)
Изобретение относится к уплотнительной технике, а именно к созданию композиционных материалов для сальных уплотнений, преимущественно обеспечивающих герметизацию подвижных «шток-корпус» и неподвижных «корпус-крышка» соединений трубопроводной арматуры, применяемой в энергетике, нефтехимии, металлургии, коммунальном хозяйстве и других отраслях. Состав включает следующие компоненты, в мас.%: 70-90 графита, 1-3 низкомолекулярного полиэтилена молекулярной массы 150-300, 2-7 натрия кремнекислого, 1-2 натрия азотистокислого, 3-6 углеродного волокна, аппретированного 2-7 суспензиии политетрафторэтилена при соотношении политетрафторэтилена к воде 1:10 и 1-5 глицерина. Это обеспечивает высокую износостойкость изделий за счет снижения коррозии металлических элементов. 2 табл.
Изобретение относится к уплотнительной технике, а более конкретно к созданию композиционных материалов для сальниковых уплотнений, преимущественно обеспечивающих герметизацию подвижных «шток-корпус» и неподвижных «корпус-крышка» соединений трубопроводной арматуры, применяемой в энергетике, нефтехимии, металлургии, коммунальном хозяйстве и других отраслях.
Особенностью уплотнений указанного типа является эксплуатация в условиях повышенных температур и давлений, для чего материал должен обладать высокими упругими свойствами, повышенными демпфирующей способностью, гидрофобностью и коррозионной стойкостью.
Наиболее распространенным приемом повышения термостойкости материалов является введение в композицию графита. Так, например, в известной графитизированной композиции [Патент РФ №2115669, МПК7: F 16 N 15/02, бюл. №10, 1999 г.] наряду с графитом присутствует политетрафторэтилен (ПТФЭ) и фенолформальдегидная смола в качестве связующего. Однако повышение эксплуатационных характеристик изделий из данной композиции связаны не столько с ее составом, сколько с проведением непроизводительных технологических операций при переработке композиции в изделия.
Известная графитизированная композиция для уплотнений [Патент РФ №2128801, МПК7: F 16 N 15/02, бюл. №10, 1999 г.] наряду с графитом, ПТЭФ и фенолформальдегид-ной смолой дополнительно содержит тальк и уротропин. Вместе с тем исходный шихтовый материал для создания композиции является столь разнообразным по составу, номенклатуре и исходному фракционному состоянию, что неизбежно приводит к получению композиционного материала с чрезвычайно разнообразными эксплуатационными свойствами. Кроме того, изделия из известной композиции характеризуются низкой износостойкостью.
Наиболее близким к материалу, получаемому из заявляемого состава, является графитизированная композиция [Авторское свидетельство СССР №1810384, МПК7: С 10 М 163/00, С 10 М 125/02, 1991 г. (прототип)], которая наряду с графитом в качестве порошкообразного наполнителя дополнительно содержит низкомолекулярный полиэтилен, углеводородный конденсат стадии сепарации при производстве полиэтилена высокого давления при следующем соотношении компонентов, мас.%: графит - 3...30; низкомолекулярный полиэтилен - 5...25; указанный углеводородный конденсат - до 100 (прототип).
Однако, несмотря на ряд достоинств указанной композиции, она обладает сравнительно невысокой нагрузочной способностью, особенно при высоких скоростях скольжения и в условиях повышенных температур. Кроме этого, ей присуща низкая гидрофобность вследствие адсорбционного проникновения жидкости, высокий коэффициент трения и низкая износостойкость вызванные коррозией металлических элементов фиксирующих положение уплотнений.
Задачей настоящего изобретения является повышение износостойкости изделий из лиофобного графитизированного материала за счет снижения коррозии металлических элементов.
Поставленная задача решается тем, что состав для получения лиофобного графитизированного материала включает в качестве основы графит и низкомолекулярный полиэтилен молекулярной массы 150-300, при этом дополнительно содержит натрий кремнекислый, натрий азотистокислый, углеродное волокно, аппретированное суспензией политетрафторэтилена при соотношении политетрафторэтилена к воде 1:10, и глицерин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Графит | 70-90 |
| Низкомолекулярный полиэтилен | |
| молекулярной массы 150-300 | 1-3 |
| Натрий кремнекислый | 2-7 |
| Натрий азотистокислый | 1-2 |
| Углеродное волокно | 3-6 |
| Суспензия политетрафторэтилена | 2-7 |
| Глицерин | 1-5 |
Состав для получения лиофобного графитизированного материала приготавливают следующим образом. Готовят водную суспензию ПТФЭ при соотношении 1 части ПТФЭ к 10 частям воды и вводят в нее мелкорубленное углеродное волокно. В графит вводят низкомолекулярный полиэтилен и помещают в печь. Затем осуществляют нагрев композиции в печи до 300°С с последующей выдержкой в течение 1 часа. После выемки из печи вводят растворы кремнекислого натрия и азотистокислого натрия в соотношении 2:1, а также углеродное волокно в суспензии ПТФЭ. Состав тщательно перемешивают. Поскольку глицерин имеет температуру плавления 178°С, его вводят по мере охлаждения смеси до указанной температуры, продолжая перемешивание смеси. За время перемешивания влага из растворов кремнекислого, азотистокислого натрия и суспензии ПТФЭ испаряется, а высушенные частицы последних равномерно распределяются по структуре материала. Полученный порошковый материал перерабатывается в изделие методом холодного прессования.
Введением в состав материала азотистокислого натрия достигается защита материала контртела (стали) от коррозии при температурах до 270°С, а при более высоких температурах защиту от коррозии осуществляет в основном кремнекислый натрий с более высокой температурой разложения. Необходимая концентрация ингибитора коррозии зависит от условий эксплуатации, состава и свойств жидкости. Присутствие глицерина стабилизирует упругие характеристики материала и предохраняет изделия от высыхания в течение всего времени хранения и эксплуатации. Рубленое углеродное волокно, аппретированное ПТФЭ, значительно повышает демпфирующую способность материала, а также улучшает прочностные и антифрикционные свойства. Кроме того, мелкие углеродные волокна в сочетании с кремнекислым и азотистокислым натрием повышают стойкость органических составляющих к окислению при повышенных температурах. Составы предлагаемого материала приведены в таблице 1.
| Таблица 1 Состав материала | |||||
| Компоненты | Содержание компонентов, мас.% | ||||
| 1 | Заявляемый состав | 5 | |||
| 2 | 3 | 4 | |||
| Графит | 95 | 90 | 85 | 70 | 65 |
| Низкомолекулярный полиэтилен | 1 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Натрий кремнекислый NaSi2О5 | 1 | 2 | 2 | 7 | 8 |
| Натрий азотистокислый NaNO2 | 1 | 1 | 1 | 2 | 4 |
| Углеродное волокно | 1 | 3 | 3 | 6 | 6 |
| Суспензия ПТФЭ (1:10) | 1 | 2 | 4 | 7 | 7 |
| Глицерин СНОН (СН2ОН)2 | - | 1 | 3 | 5 | 6 |
Фрикционные испытания материалов проводили на машине трения СМЦ-2 по схеме вал-частичный вкладыш. В качестве вала использовали ролик из стали 45, шероховатость поверхности Rа=0,8-1,0 мкм. Испытания на сжатие проводили по ГОСТ 23775-79 на образцах диаметром D=36 мм и высотой h=20 мм. Увеличение массы при воздействии воды и масла определяли по ГОСТ 4650-80.
Значения коэффициента трения, интенсивности изнашивания, увеличения массы при воздействии воды и масла для известного материала и материала, получаемого из предлагаемого состава, приведены в таблице 2.
Как следует из данных, приведенных в таблице 2, лиофобный антифрикционный материал на основе графита, изготовленный из заявляемого состава, обладает более высокими эксплуатационными свойствами по сравнению с известной композицией. Интенсивность изнашивания составов 1 и 5 соответствует интенсивности изнашивания известной композиции.
| Таблица 2 Свойства материалов | ||||||
| Показатели | Материалы | |||||
| 1 | Заявляемый состав | 5 | Прототип [3] | |||
| 2 | 3 | 4 | ||||
| Коэффициент трения | 0,11 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | 0,12 | 0,12-0,15 |
| (давление Р=5·104 Н/м2, | ||||||
| скорости ν=0,5 м/с) | ||||||
| Интенсивность изнашивания, | 2,5 | 1,0 | 1,5 | 0,8 | 2,8 | 2,5-3,0 |
| мкм/км(Р=5·104 Н/м2, | ||||||
| ν=0,5 м/с) | ||||||
| Увеличение массы при воз- | ||||||
| действии, %, не более: | ||||||
| - вода | 0,20 | 0,10 | 0,09 | 0,09 | 0,10 | 0,40 |
| - масло | 0,16 | 0,08 | 0,08 | 0,07 | 0,07 | 0,32 |
Источники информации
1. Патент РФ №2115669, кл. F 16 N 15/02, бюл. №10, 1999 г.
2. Патент РФ №2128801, кл. F 16 N 15/02, бюл. №10, 1999 г.
3. Авторское свидетельство СССР №1810384, кл. С 10 М 163/00, С 10 М 125/02, 1991 г. (прототип).
Состав для получения лиофобного графитизированного материала, включающий в качестве основы графит и низкомолекулярный полиэтилен молекулярной массы 150-300, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натрий кремнекислый, натрий азотисто-кислый, углеродное волокно, аппретированное суспензией политетрафторэтилена при соотношении политетрафторэтилена к воде 1:10, и глицерин при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| Графит | 70-90 |
| Низкомолекулярный полиэтилен | |
| молекулярной массы 150-300 | 1-3 |
| Натрий кремнекислый | 2-7 |
| Натрий азотисто-кислый | 1-2 |
| Углеродное волокно | 3-6 |
| Суспензия политетрафторэтилена | 2-7 |
| Глицерин | 1-5 |
