Способ получения листового армированного фторопластового антифрикционного материала
Владельцы патента RU 2384412:
Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) (RU)
Изобретение относится к области получения антифрикционных самосмазывающихся материалов, а именно к получению листового армированного фторопластового материала, и может быть использовано в машиностроительной, пищевой, авиационной, приборостроительной, химической промышленности для узлов трения без применения смазки. Способ включает изготовление неориентированной полимерной пленки из фторопласта-4 или фторопластовой композиции, заполнение указанной пленкой пор сетки в виде полосы путем накатки пленки на вальцах с двух сторон с получением листовых заготовок. После чего осуществляют сборку листовых заготовок в пакет, зафиксированный в рамки, и спекание листовых заготовок в пакете при температуре 643-653 К под давлением, создаваемым расширением фторопласта, и разборку пакета. Изобретение направлено на упрощение технологического процесса, расширение ассортимента выпускаемой продукции и повышение технических свойств материала. 1 табл.
Изобретение относится к области получения антифрикционных, самосмазывающихся материалов и может быть использовано в машиностроительной, пищевой, авиационной, приборостроительной, химической и других областях техники для узлов трения без применения смазки.
Известен способ получения металлополимерных ленточных материалов, основанный на использовании антифрикционной металлической оплетки, охватывающей стальную ленту, и нанесение на сформированную таким способом подложку с сетчатой матрицей самосмазывающегося покрытия [А.с. 271951 Открытия, Изобр. Пром. знаки, 1970 №18]. Для формирования такого покрытия используют композиции на основе термостойких полимеров. Антифрикционное покрытие прочно удерживается на поверхности трения за счет обволакивания нитей оплетки и заполнения пространства между нитями.
Недостатком этого способа является использование только растворимых термостойких полимеров, к таким не относится фторопласт-4.
Наиболее близким аналогом является способ получения металлофторопластового материала (SU 346582 А. C08F 29/16, 12.09.1972 /2/), который позволяет создать в композите монолитно-проводниковую пространственную сетку из мелкодисперсных металлов свинца или олова или их сплавов и частицами никеля.
Данный способ улучшает электропроводность фторопластовой композиции, но не повышает эксплуатационные характеристики наполненных фторопластовых материалов.
Техническим результатом изобретения является получение новых листовых армированных фторопластовых антифрикционных материалов с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат достигается тем, что предложенный способ получения листового армированного фторопластового антифрикционного материала включает изготовление неориентированной полимерной пленки из фторопласта-4 или фторопластовых композиций, заполнение указанной пленкой пор сетки в виде полосы путем накатки пленки на вальцах с двух сторон с получением листовых заготовок, сборку листовых заготовок в пакет, зафиксированный в рамки, спекание листовых заготовок в пакете при температуре 643-653 К под давлением, создаваемым расширением фторопласта-4, и разборку пакета.
Способ получения листового армированного фторопластового антифрикционного материала может быть реализован следующим образом. Прессование заготовок необходимого размера из фторопласта-4 или фторопластовых композиций осуществляют при давлении 25-50 МПа для чистого полимера и 35-100 МПа для композиций. Спекание проводят при температуре 643-653 К в воздушной атмосфере. Неориентированную полимерную пленку изготавливают на токарных станках по стандартной технологии. Толщина нарезаемой пленки может быть различной и подбирается опытным путем, так чтобы обеспечить полное заполнение пор сетки.
В качестве армирующего элемента могут быть использованы бронзовые, латунные и бронзолатунные сетки различных номеров и типов тканей.
Заполнение пор сетки неориентированной полимерной пленкой проводят на вальцах с двух сторон одновременно.
При вкатывании нарушается сплошность неориентированной фторопластовой пленки, которая восстанавливается за счет диффузионных процессов, протекающих при температуре термообработки, но уже внутри пористого металлического слоя. Такое восстановление сплошности пленки возможно только при сближении частиц за счет давления, создаваемого расширением фторопласта-4 при температуре спекания в ограниченном пространстве.
Из приготовленных длинных листовых армированных полос разрезают по размерам ограничивающих пластин заготовки и собирают в пакет с прокладками из алюминиевой фольги. Сверху и снизу пакета помещают ограничивающие стальные пластины толщиной 8-10 мм. Пакет зажимают в рамки с помощью клиньев. Подготовленную кассету помещают в печь для спекания фторопласта, нагревают со скоростью 100-120 градусов в час до температуры 643-653 К и выдерживают при этой температуре в течение 3,5-4 ч в воздушной атмосфере на каждые 100 мм кассеты.
При термообработке расплавленные частицы полимера еще дальше проникают в поры, сближаются и спекаются между собой, образуя монолитный фторопластовый слой.
Охлаждение кассеты ведут вместе с печью, после чего кассету извлекают из печи и разбирают.
При охлаждении фторопластовая матрица уплотняется и закрепляется в ячейках, макромолекулы ориентируются, что обеспечивает высокие физико-механические и триботехнические свойства материалу.
Ниже приведены примеры осуществления заявляемого способа.
Пример 1. В качестве армирующего элемента использовали бронзолатунную сетку N 16 (число проволок в утке на 1 см - 16, диаметр 0,25 мм, число проволок по основе на 1 см - 12, диаметр 0,27 мм). Сетку нарезали полосами по всей длине рулона. Заполнение неориентированной полимерной пленки из фторопласта-4 в сетку проводили на вальцах с двух сторон одновременно. Толщина вкатываемой неориентированной пленки с одной стороны была равна 0,3 мм с другой 0,2 мм (подбирали опытным путем), что обеспечивает полное заполнение пор сетки полимером. Из приготовленных длинных армированных фторопластом полос сетки разрезали по размерам ограничивающих пластин заготовки и собирали в пакет с прокладками из алюминиевой фольги. Пакет зажимали в рамки с помощью клиньев. Подготовленную кассету помещали в печь для спекания фторопласта, нагревали со скоростью 100-120 градусов в час до температуры 643-653 К и выдерживали при этой температуре в течение 3,5-4 ч в воздушной атмосфере на каждые 100 мм кассеты. Охлаждение кассеты вели вместе с печью, после чего кассету извлекали из печи и разбирали.
Испытания на трение проводили по схеме «вал-полувкладыш» на машинах трения СМТ-1 и СМЦ-2 в режиме сухого трения. Основная нагрузка соответствовала 300 Н, скорость скольжения 1 м·с-1, время испытаний 20 час, при пути трения, равном 72 км.
Пример 2. В качестве армирующего элемента использовали бронзолатунную сетку N 16. Сетку нарезали полосами по всей длине рулона. Заполнение неориентированной полимерной пленки из фторопластовой композиции (60 мас.% ПТФЭ+40 мас.% Рb) в сетку проводили на вальцах с двух сторон одновременно. Толщина вкатываемой неориентированной пленки с одной стороны была равна 0,3 мм с другой - 0,2 мм. Из приготовленных длинных армированных фторопластом полос сетки разрезали по размерам ограничивающих пластин заготовки и собирали в пакет с прокладками из алюминиевой фольги. Пакет зажимали в рамки с помощью клиньев. Подготовленную кассету помещали в печь для спекания фторопласта, нагревали со скоростью 100-120 градусов в час до температуры 643-653 К и выдерживали при этой температуре в течение 3,5-4 ч в воздушной атмосфере на каждые 100 мм кассеты. Охлаждение кассеты вели вместе с печью, после чего кассету извлекали из печи и разбирали.
Испытания на трение проводили по схеме «вал-полувкладыш» на машинах трения СМТ-1 и СМЦ-2 в режиме сухого трения. Основная нагрузка соответствовала 300 Н, скорость скольжения 1 м·с-1, время испытаний 20 час, при пути трения, равном 72 км.
Основные триботехнические свойства армированных фторопластовых антифрикционных материалов приведены в табл.1.
| Пример | Состав полимерного слоя | Усредненная скорость линейного износа, мкм/ч | Коэф-т трения |
| 1 | ПТФЭ | 0,06-0,08 | 0,09-0,11 |
| 2 | ПТФЭ+40 мас.% Рb | 0,03-0,04 | 0,09-0,12 |
Триботехнические свойства армированных фторопластовых антифрикционных материалов сравнимы по свойствам с промышленной металлофторопластовой лентой (при данных режимах испытаний фторопласт-4 и фторопластовые композиты не работают).
Из листового армированного фторопластового материала методом штамповки изготавливали готовые изделия.
Материал, полученный по предполагаемому способу, может быть использован в качестве опорных шайб, опор скольжения, подшипников скольжения, шаровых опор и обеспечивает длительную работу узлов трения без смазочного материала.
Способ получения листового армированного фторопластового антифрикционного материала, включающий изготовление неориентированной полимерной пленки из фторопласта-4 или фторопластовой композиции, заполнение указанной пленкой пор сетки в виде полосы путем накатки пленки на вальцах с двух сторон с получением листовых заготовок, сборку листовых заготовок в пакет, зафиксированный в рамки, спекание листовых заготовок в пакете при температуре 643-653 К под давлением, создаваемым расширением фторопласта-4, и разборку пакета.
