Полимерная композиция конструкционного назначения
Изобретение относится к полимерным композициям на основе фторопласта и волокнистых наполнителей и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и других деталей конструкционного назначения машин и механизмов. Задача изобретения - создание полимерной композиции с улучшенными физико-механическими показателями. Предложена полимерная композиция, содержащая (мас.%) фторопласт-4 (83-95) и в качестве волокнистого наполнителя измельченное органическое параарамидное волокно Русар-С (5-17). У полученной композиции прочность при сжатии выше на 22,5-39%, ударная вязкость - в 1,24-1,5 раза, износ ниже в 1,2-1,6 раз. 1 табл.
Изобретение относится к полимерным композициям на основе фторопласта и волокнистых наполнителей и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и других деталей конструкционного назначения машин и механизмов.
Известны полимерные композиции на основе фторопласта, содержащие измельченное углеродное волокно (см. Машков Ю.К., Леонтьев А.Н., Мамаев О.А. и др. Новые полимерные композиционные материалы на основе политетрафторэтилена/ Мат.межд. научно-техн. конф. «Новые материалы и технологии на рубеже веков», Пенза, 2000, Ч. 1, с.26-29), рубленное стекловолокно (см. Машков Ю.К., Суриков В.И., Калистратова Л.Ф. и др. Модификация структуры и свойств композиционных материалов на основе политетрафторэтилена, Омск: «СибАДИ», 2005, с.87). Недостатками известных композиций являются низкие показатели прочности при сжатии и износостойкости.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является полимерная композиция на основе фторопласта и гидратцеллюлозного углеродного волокна марки Урал (см. Буря А.И., Дудин В.Ю. и др. Исследование влияния содержания углеродного волокна на свойства углепластика на основе фторопласта-4 / Мат. 22-й ежегодной межд. научно-практической конф. "Композиционные материалы в промышленности", 2002, Ялта, с.20 - Прототип). Степень наполнения Уралом составляет 10-20 мас.%. Известная композиция обладает недостаточными показателями износостойкости, ударной вязкости, прочности при сжатии.
Задача изобретения - создание полимерной композиции путем введения органического волокнистого наполнителя марки Русар-С для повышения физико-механических и триботехнических показателей.
Поставленная задача решается тем, что полимерная композиция конструкционного назначения, содержащая фторопласт-4 (ГОСТ 10007) и волокнистый наполнитель, содержит в качестве волокнистого наполнителя органическое параарамидное волокно Русар-С (ТУ 2272-001-18059169-99) при таком соотношении компонентов, мас.%:
фторопласт - 83-95,
параарамидный волокнистый наполнитель Русар-С - 5-17.
Полимерной основой волокна Русар-С являются гетероциклические полиамиды (см. Перепелкин К.Е., Кудрявцев Г.И. Армирующие химические волокна // Химические волокна, 1988, №5. - С.5-12).
Пример 1. Композицию из фторопласта (95 мас.%) и органического волокна Русар-С (5 мас.%), предварительно измельченного до 7 - 10 мм, приготавливали путем смешения во вращающемся электромагнитном поле (0,15 Тл) с помощью ферромагнитных частиц, которые извлекались из композиции методом магнитной сепарации. Композицию перерабатывали в изделия методом компрессионного прессования при следующем режиме: загрузка композиции в прессформу, разогретую до 353 К; нагрев до 648-653 К и выдержка при этой температуре на протяжении 3 часов без давления; охлаждение прессформы до 353 К; распрессовка изделия.
Исследования проводили по следующим методикам. Ударную вязкость определяли по методу Шарпи (ГОСТ 4647) на маятниковом копре КМ-0,4 при температуре 23±2°С и относительной влажности 50±5%. Прочность при сжатии измеряли согласно ГОСТ 4651 на образцах высотой 15±0,5 мм, диаметром 10±0,5 мм. Износ образцов определяли при 298К по схеме диск-колодка в режиме сухого трения на машине 2070 СМТ-1 (контртело - сталь 45, термообработанная до твердости 48-50 HRC, диаметр - 50 мм). Удельная нагрузка в опытах составляла 1,4 МПа, скорость скольжения - 1 м/с, путь трения - 1000 м. Износ образцов определяли на аналитических весах ВЛР-200 с точностью до 0,0002 г. Количество опытов - 15.
Пример 2. Композицию из фторопласта (90 мас.%) и органического волокна Русар-С (10 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТам и методикам, приведенным в примере 1.
Пример 3. Композицию из фторопласта (83 мас.%) и органического волокна Русар-С (17 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТам и методикам, приведенным в примере 1.
Пример 4. Композицию из фторопласта (80 мас.%) и органического волокна Русар-С (20 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТам и методикам, приведенным в примере 1.
Пример 5. Композицию из фторопласта (96 мас.%) и органического волокна Русар-С (4 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТам и методикам, приведенным в примере 1.
Пример 6. Композицию из фторопласта (90 мас.%) и углеродного волокна Урал (10 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТам и методикам, приведенным в примере 1 (прототип).
Свойства полимерных композиций предлагаемого изобретения и известной композиции (прототипа) приведены в таблице.
| № примера | Состав композиций, мас.% | Ударная вязкость, кДж/м2 | Предел прочности при сжатии, МПа | Износ, мг | |
| Фторопласт | Русар-С | ||||
| 1 | 95 | 5 | 40,13 | 37 | 0,17 |
| 2 | 90 | 10 | 46,7 | 35 | 0,12 |
| 3 | 83 | 17 | 43,94 | 29 | 0,15 |
| 4 | 80 | 20 | 28,8 | 20 | 0,25 |
| 5 | 96 | 4 | 30 | 21 | 0,45 |
| 6* | 90 | 10 | 32,2 | 22,5 | 0,2 |
| * - прототип |
Анализ результатов, приведенных в таблице, позволяет заключить, что заявляемые композиции на основе фторопласта-4 превышают известную по прочности при сжатии на 22,5-39%, ударной вязкости - в 1,24-1,5 раза; износ снижается в 1,2-1,6 раз.
Правильность выбранных соотношений компонентов подтверждается контрольными примерами №4-5.
Благодаря высоким физико-механическим свойствам и износостойкости полимерная композиция может использоваться для изготовления деталей подвижных сочленений машин и механизмов.
Полимерная композиция конструкционного назначения, содержащая фторопласт-4 и волокнистый наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя она содержит измельченный органический параарамидный волокнистый наполнитель Русар-С при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Фторопласт | 83-95 |
| Параарамидный волокнистый наполнитель Русар-С | 5-17 |
