Полиуретановая композиция для изделий с антифрикционными свойствами

Изобретение относится к полиуретановым композициям, предназначенным для изготовления износостойких изделий, обладающих антифрикционными свойствами. Композиция содержит полиокситетраметиленгликоль с мол. массой 1000, 2,4-толуилендиизоцианат, жидкий отвердитель в виде раствора 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметана в полиокситетраметиленгликоле с мол. массой 1000 и низкомолекулярный силиконовый каучук СКТН (7-10%). Изобретение позволяет получить эластомеры, обладающие низким коэффициентом трения (0,22-0,24) и высокими физико-механическими характеристиками. 2 табл.

 

Изобретение относится к полиуретановым композициям, предназначенным в качестве конструкционных материалов для изготовления износостойких изделий, обладающих антифрикционными свойствами (низким коэффициентом трения).

Полиуретановые эластомеры относятся к материалам с высокой износостойкостью, широким диапазоном физико-механических характеристик и высоким коэффициентом трения (0,92-0,95). Для улучшения антифрикционных свойств полиуретановые эластомеры подвергают химической или физической модификации.

Известны полиуретановые компаунды марок "Вилад 13-1" и "Вилад 14" с введенными антифрикционными добавками (фторолон 4 и графит), снижающими коэффициент трения композиции с 0,92 до 0,4-0,44 и с 0,65 до 0,3-0,35, соответственно [Пластические массы, 1985, №8, с.31-33].

Недостатком приведенных композиций является то, что низкий коэффициент трения обеспечивается при введении 15-20% антифрикционного наполнителя, но при таком наполнении ухудшаются прочностные характеристики композиции.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является полиуретановая композиция, включающая форполимер СКУ-ПФЛ-100, отвердитель 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан (Диамет X) и порошкообразный модификатор, в качестве которого использован вольфрам (20 и 50%) [Пластические массы, 1987, №12, с.31-34] - прототип. При наполнении СКУ-ПФЛ-100 до 90% удается понизить коэффициент трения до 0,2. Вольфрам вводится на стадии полиуретанообразования в смесь полиокситетраметиленгликоля и 2,4-толуилендиизоцианата.

Недостатком композиции является снижение уровня физико-механических характеристик при растяжении при введении наполнителя-модификатора (пример табл.2). Так, при требовании к эластомеру СКУ-ПФЛ-100 (ТУ 38-103137-78) к пределу прочности при растяжении не менее 38 МПа последний снижается при наполнении вольфрамом (50%) до 26 МПа, а относительное удлинение при разрыве при норме не менее 380% снижается до 100%. При введении 20% вольфрама физико-механические характеристики ухудшаются менее значительно (предел прочности при разрыве 32,3 МПа, относительное удлинение - 260%), однако коэффициент трения при этом равен 0,3.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание полиуретановой композиции, обладающей высокими антифрикционными (низкий коэффициент трения) и физико-механическими характеристиками.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая композиция, состоящая из полиокситетраметиленгликоля с молекулярной массой 1000, 2,4-толуилендиизоцианата, содержит дополнительно низкомолекулярный силоксановый каучук СКТН и отверждается раствором Диамета Х в полиокситетраметиленгликоле с молекулярной массой 1000, взятых в мольном соотношении 4:1, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

полиокситетраметиленгликоль
с молекулярной массой 1000	73,5
2,4-толуилендиизоцианат	26,5
низкомолекулярный силоксановый
каучук СКТН	7-10
отвердитель:
3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан	14,1
полиокситетраметиленгликоль
с молекулярной массой 1000	13,2

Техническим результатом изобретения является получение антифрикционного материала с низким коэффициентом трения (0,2) и физико-механическими характеристиками, значительно превышающими уровень характеристик прототипа (таблицы 1, 2).

При реализации изобретения использовались компоненты, соответствующие следующей технической документации:

полиокситетраметиленгликоль с молекулярной массой 1000 - ТУ 6-02-646-81

2,4-толуилендиизоцианат - ТУ 113-38-95-90

низкомолекулярный силоксановый каучук СКТН - ГОСТ 13835-73

Диамет Х (3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан) - ТУ 6-14-980-84

Пример 1. 150 г полиокситетраметиленгликоля с молекулярной массой 1000 и 6,12 г низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН загружают в реактор и перемешивают при (80-90)°С и остаточном давлении не более 20 мм рт.ст. в течение 5-7 часов. Затем при температуре (55±5)°С и интенсивном перемешивании вводят в реактор 54 г 2,4-толуилендиизоцианата и выдерживают реакционную смесь при (80±5)°С и остаточном давлении не более 20 мм рт.ст. в течение 2-3 часов. В полученный форполимер при 60°С добавляют 55,7 г раствора Диамета Х в полиокситетраметиленгликоле с молекулярной массой 1000, перемешивают в течение 3-5 минут при остаточном давлении не более 20 мм рт.ст., заливают в формы и отверждают при (110-120)°С в течение 24 ч.

Примеры 2-5. Аналогичны примеру 1 при соотношениях реагентов, представленных в табл.1.

В таблице 1 приведена рецептура полиуретановых композиций, а в таблице 2 - сравнительные физико-механические характеристики полученных полиуретановых эластомеров.

Из представленных в таблицах данных следует, что наиболее высокий уровень физико-механических характеристик и низкий коэффициент трения композиции обеспечивается при соотношении компонентов в примерах 3 и 4, содержание низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН в которых составляет от 7 до 10 мас.ч. Изменение содержания низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН в составе композиции в ту или другую сторону (примеры 1, 2, 5) приводит к ухудшению тех или иных характеристик. Так содержание низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН менее 7 мас.ч. не позволяет получить композицию с коэффициентом трения менее 0,30, а при вводе 15 мас.ч. каучука наблюдается его выпотевание на отвержденной поверхности эластомера.

В результате реализации предлагаемого изобретения удается получить полиуретановую композицию, превосходящую прототип по комплексу характеристик, приведенных в таблице 2, и имеющую при температуре испытания 20°С

предел прочности при растяжении, МПа	35,7-36,6
относительное удлинение при растяжении, %	530-560
коэффициент трения	0,22-0,24

Таблица 2
Наименование показателей	Прототип	Примеры по изобретению
1	2	3	4	5
Предел прочности при растяжении, МПа	26,0	39,8	38,5	35,7	36,6	23,2
Относительное удлинение при разрыве, %	100	510	500	560	530	610
Коэффициент трения	0,20	0,52	0,38	0,24	0,22	0,20

Полиуретановая композиция для изделий с антифрикционными свойствами, включающая полиокситетраметиленгликоль с молекулярной массой 1000, 2,4- толуилендиизоцианат и отвердитель 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит низкомолекулярный силоксановый каучук СКТН и в качестве отвердителя жидкий отвердитель в виде раствора 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан в полиокситетраметиленгликоле с молекулярной массой 1000, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Полиокситетраметиленгликоль с молекулярной массой 1000	73,5
2,4-Толуилендиизоцианат	26,5
Низкомолекулярный силоксановый каучук СКТН	7-10
отвердитель:
3,3'-Дихлор-4,4'диаминодифенилметан	14,1
Полиокситетраметиленгликоль с молекулярной массой 1000	13,2