Фрикционный полимерный материал

Изобретение относится к области получения фрикционных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок, дисков сцепления, электротехнических изделий и других целей. Материал выполнен из композиции, включающей связующее (А), в качестве которого используют каучук, предварительно обработанный на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с М.М. 400-1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам при использовании метакриловой кислоты в количестве 0,3-0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола 0,05-1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40, а в качестве вулканизирующих добавок используют алкилфенолоформальдегидную смолу и смесь оксидов металлов в соотношении TiO₂:V₂O₅:WO₃ от 1:2:2 до 2:1:1 при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.: вышеуказанное связующее 100, алкилфенолоформальдегидная смола 5÷20, порошковый наполнитель 100÷400, волокнистый наполнитель 50÷200, смесь окислов металлов 3÷20. Изобретение обеспечивает повышение теплостойкости, прочности и срока службы фрикционного материала и долговечности соприкасающегося с ним металлического изделия. 2 табл.

 

Изобретение относится к фрикционным полимерным материалам на основе каучуков, вулканизирующих компонентов, наполнителей и различных добавок и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок, дисков сцепления, электротехнических изделий и других целей.

Известны фрикционные полимерные материалы на основе бутадиеновых каучуков со смолами, вулканизирующими добавками типа серы, тиурана и других серосодержащих веществ, включающих наполнители минеральные порошки, неорганические волокна, металлическую стружку (см. «Энциклопедию полимеров», т.3, изд. «Советская энциклопедия», М., 1977, стр.786-788). Аналог 1.

Такие фрикционные полимерные материалы наряду с определенными ценными свойствами имеют существенный недостаток. Авторами установлено, что серосодержащие тормозные колодки при эксплуатации вызывают диффузию серы в поверхность металлической пары с последующим взаимодействием ее с легирующими металлами, входящими в состав пары, что вызывает ускоренное разрушение поверхности колеса или диска при торможении.

Известны также полимерные резинотехнические изделия на основе бутадиеновых каучуков с использованием вулканизирующих добавок, не содержащих серу, а именно алкилфенолоформальдегидных смол (см. «Энциклопедию полимеров», т.1, стр.543). Аналог 2.

Однако, устраняя сернистые соединения, вводится смоляной компонент, который лишь частично связывается с каучуками. Кроме того, все полимерные фенолформальдегидные смолы всегда содержат свободный фенол (до 10% и более), который вообще не связывается с каучуками, что приводит к снижению прочности и фрикционных свойств отвержденных (вулканизированных) изделий.

Ближайшим прототипом заявленного технического решения является фрикционный полимерный материал, получаемый путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков, предварительно обработанных на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с метакриловой кислотой (см. патент RU 2307841 от 10.10.2007 г.), включающим эпоксидный компонент, вулканизирующие добавки и смесь наполнителей - порошкового и волокнистого (см. патент России RU 2175335, бюл. №30, 2001 г.).

Недостатком этого фрикционного материала является недостаточная стабильность эксплуатационных характеристик во времени.

Целью данного изобретения является повышение стабильности характеристик фрикционного материала и повышение долговечности соприкасающегося с ним металлического изделия.

Поставленная цель достигается тем, что фрикционный полимерный материал, выполненный из композиции путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков со смолами, вулканизирующими добавками и смесью наполнителей - порошкового и волокнистого, отличается использованием в качестве связующего каучук (А), предварительно обработанный на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с м.м. от 400 до 1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола от 0,05 до 1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40, а в качестве вулканизирующих добавок использованием алкилфенолформальдегидной смолы, в частности n-третбутил- или n-октилфенолоформальдегидные смолы и дополнительно смесь окислов трех металлов в соотношении TiO₂:V₂O₅:WO₃ от 1:2:2 до 2:1:1 при следующем соотношении исходных компонентов при получении фрикционного материала, мас.ч.:

Вышеуказанное связующее	100
Алкилфенолоформальдегидная смола	5÷20
Порошковый наполнитель	100÷400
Волокнистый наполнитель	50÷200
Смесь окислов металлов	3÷20

Продукты взаимодействия эпоксидных диановых смол с метакриловой кислотой в присутствии третичных аминов в стехиометрическом количестве известны и как дивинилэфирные смолы. Однако они оказались недостаточно эффективны в данном случае.

Продукты же взаимодействия эпоксидных смол с метакриловой кислотой по эпоксидным группам от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола впервые получены авторами и применены впервые в данном изобретении.

Пример 1.

Получение продукта взаимодействия

В реактор, снабженный обогревателем и мешалкой, загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-16 с ММ=600 и содержанием эпоксидных групп 16% и нагревают до 70°С, после чего загружают при перемешивании 8,8 мас.ч. метакриловой кислоты (0,55 от стехиометрического количества, т.е. от эквимолекулярного) и 0,53 мас.ч. катализатора - метилимидазола. В течение 60 мин температуру поднимают до 90°С и выдерживают при перемешивании еще 60 мин. Полученный продукт выгружают в противни и охлаждают до комнатной температуры.

Продукт имеет следующие характеристики:

внешний вид - твердый желтый, прозрачный продукт;

содержание эпоксидных групп - 9%;

температура плавления - 56°С.

Получение фрикционного полимерного материала

Бутадиеннитрильный каучук марки СКН-40 в количестве 78 мас.ч. подвергают обработке на вальцах с фрикцией 1,3, при температуре 55°С в течение 5 мин, после чего добавляют 22 мас.ч. продукта взаимодействия и вальцуют в течение 10 мин при 65°С.

Далее вводят вулканизирующую добавку - 12 мас.ч. третбутилфенолоформальдегидной смолы и смесь наполнителей: 250 мас.ч. барита и 125 мас.ч. рубленого стекловолокна диаметром 13 микрон и смесь оксидов металлов в соотношении TiO₂:V₂O₅:WO₃ от 1:2:2 до 2:1:1.

После введения указанных компонентов смесь вальцуют при 85°С в течение 12 мин. с четырехразовым подрезанием вальцуемой массы.

Полученный таким образом фрикционный материал перерабатывают в изделия путем прессования в пресс-формах или экструзией. Температура вулканизации материала 190°С, выдержка 3,5 мин на каждый миллиметр толщины.

Примеры 2…7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением состава и параметров в соответствии с табл.1.

Свойства материалов по заявляемому способу приведены в табл.2.

Из табл.2 видно, что заявляемый способ обеспечивает получение фрикционных материалов, которые в отличие от прототипа не снижают прочности после 300 суток эксплуатации, а прочность при сжатии даже возрастает. У прототипа прочностные показатели после такого же воздействия значительно снижаются.

Таблица 2
Свойства изделий получаемых из фрикционных полимерных материалов по примерам 1-6 в сравнении с прототипом
Наименование показателя	Величина показателя
прототип	1	2	3	4	5	6	7
Прочность при изгибе при 20°С, МПа	82	82	80	86	78	70	80	84
То же через 300 суток эксплуатации	70	74	75	70	76	82	76	80
Прочность при сжатии при 20°С, МПа	80	78	80	76	82	78	76	81
То же через 300 суток эксплуатации	68	82	86	90	87	84	88	82
Коэффициент трения	0,48	0,48	0,49	0,52	0,50	0,45	0,43	0,47
То же через 300 суток эксплуатации	0,40	0,48	0,49	0,52	0,50	0,45	0,43	0,47

Фрикционный полимерный материал, выполненный из композиции путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков (А) со смолами, включающими эпоксидный компонент, вулканизирующими добавками и смесью наполнителей (порошкового и волокнистого), отличающийся тем, что в качестве связующего используют каучук, предварительно обработанный на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с М.М. от 400 до 1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам при использовании метакриловой кислоты в количестве от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола от 0,05 до 1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40, а в качестве вулканизирующих добавок используют алкилфенолоформальдегидную смолу и смесь оксидов металлов в соотношении TiO₂:V₂O₅:WO₃ от 1:2:2 до 2:1:1 при следующем соотношении исходных компонентов при получении фрикционного материала, мас.ч.

Вышеуказанное связующее	100
Алкилфенолоформальдегидная смола	5÷20
Порошковый наполнитель	100÷400
Волокнистый наполнитель	50÷200
Смесь окислов металлов	3÷20