Препрег антифрикционного органопластика и изделие, выполненное из него
Владельцы патента RU 2404202:
Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области производства металлополимерных антифрикционных материалов и изделий и может быть использовано при изготовлении высоконагруженных подшипников скольжения в машино- и судостроении, авиационной промышленности и других областях техники. Препрег антифрикционного органопластика содержит в мас.% 15-24 фенольно-каучукового связующего и 76-85 тканого наполнителя. Наполнитель состоит из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из некрученых нейтральных арамидных нитей Русар с номинальной линейной плотностью 14,3; 29,4; 58,8 текс, удельной разрывной нагрузкой не менее 210 сН/текс и удлинением при разрыве не менее 2,6%. Путем формования из указанного препрега получают соответствующее изделие. Изобретение обеспечивает повышение прочности изделия при отслаивании от металла не менее 4 кгс/см и удельной нагрузочной способности при сохранении высокого уровня антифрикционных свойств. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области производства металлополимерных антифрикционных материалов и изделий и может быть использовано, в частности, при изготовлении высоконагруженных подшипников скольжения в машино- и судостроении, авиационной промышленности и других областях техники.
Известен препрег для получения конструкционного материала с антифрикционными свойствами, включающий связующее на основе продукта взаимодействия эпоксидной смолы, бензгуанамина, ε-капролактама и фенолформальдегидного новолака, отверждаемое ароматическим амином, и армирующий наполнитель - ткань на основе полиамидных волокон (патент РФ №2179984).
Недостатками известного препрега и изделий, выполненных из него, являются недостаточная износостойкость (высокий коэффициент трения) и небольшое время эксплуатации при повышенных температурах.
Известен препрег для получения антифрикционных изделий, включающий тканый каркас, состоящий из наружного слоя нитей политетрафторэтилена, переплетенных с внутренним слоем высокопрочных органических волокон, в котором тканый каркас предварительно пропитывают термореактивным связующим, отверждаемым ароматическим амином (патент РФ №2178103).
Недостатками известного препрега и изделий, выполненных из него, являются невысокие антифрикционные свойства и низкая прочность на отрыв от металла. Кроме того, известные изделия изготавливаются из металлического листа с наформованным на него препрегом методом штамповки, что не позволяет изготавливать сложные узлы трения (типа сферических подшипников и др.).
Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип, является препрег для получения антифрикционных изделий, включающий фенольно-каучуковое связующее и тканый наполнитель, состоящий из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из высокопрочных высокомодульных полиимидных волокон при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее - 14-24, тканый наполнитель - 76-86, а также изделие, выполненное из указанного препрега (патент РФ №2313010).
Недостатками указанного препрега и изделий, выполненных из него, являются недостаточно высокая прочность при отслаивании от металла и невысокий уровень удельной нагрузочной способности.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание препрега антифрикционного органопластика для изготовления изделий с повышенной прочностью при отслаивании от металла (не менее 4 кгс/см) и высокой удельной нагрузочной способностью при сохранении антифрикционных свойств (низкий коэффициент трения) на уровне прототипа.
Для решения поставленной технической задачи предложены:
- препрег антифрикционного органопластика, включающий фенольно-каучуковое связующее и тканый наполнитель, состоящий из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из высокопрочных органических нитей, в котором в качестве высокопрочных органических нитей используют некрученые нейтральные арамидные нити Русар с номинальной линейной плотностью 14,3; 29,4; 58,8 текс, удельной разрывной нагрузкой не менее 210 сН/текс и удлинением при разрыве не менее 2,6%, при этом связующее и тканый наполнитель взяты в следующем соотношении, мас.%: фенольно-каучуковое связующее - 15-24, тканый наполнитель - 76-85;
- изделие, выполненное путем формования указанного препрега.
Авторами установлено, что использование некрученой нити Русар позволяет получить антифрикционное покрытие с более высокой (в 2 раза) прочностью при отслаивании от металла, так как элементарные волокна некрученой нити Русар имеют более равномерный контакт с металлической подложкой - увеличивается площадь соприкосновения нити с металлической подложкой, пленка связующего имеет более равномерную толщину, и связующее более равномерно распределяется во внутреннем арамидном слое тканого наполнителя. Нить Русар обладает более высокой прочностью (разрывная нагрузка по утку составляет 561 кгс, в то время как у прототипа этот показатель равен 250 кгс) и жесткостью, что дает возможность изготавливать металлополимерные изделия, работоспособные при более высоких удельных нагрузках, что увеличивает время эксплуатации узлов трения. Кроме того, нить Русар, в отличие от полиимидной нити по прототипу, недефицитна, и стоимость ее в 6 раз ниже. Из заявляемого препрега можно изготавливать узлы трения разнообразных форм и размеров: втулки - простые и с фланцами, сферические самоустанавливающиеся подшипники и др. Получаемые из заявляемого препрега антифрикционные изделия обладают высокой износостойкостью при небольшой толщине антифрикционного покрытия, защищающего поверхность металла от фреттинг-коррозии.
Примеры осуществления
Пример 1.
Фенольно-каучуковое связующее АФК-101, включающее резольную фенольную смолу, алкилфеноламинную смолу и бутадиеннитрильный каучук (ТУ 1-595-11-906-2006), наносили на ткань техническую арт.5392-81Р (ТУ 8378-161-35227510-2008). Содержание связующего в препреге составляло 24 мас.%.
Полученный препрег выкладывали на несущей основе - пластинах из нержавеющей стали. На подготовленную поверхность наносили два слоя связующего и укладывали препрег наружным слоем вверх. Собранный пакет помещали в гидравлический пресс, прикладывали удельное давление 15-20 кгс/см2 и выдерживали 3 ч.
Примеры 2,3 осуществляли аналогично примеру 1. В примере 2 использовали фенольно-каучуковое связующее, включающее фенольную смолу и нитрильный каучук (ТУ 6-17-663-84). Составы препрегов приведены в таблице 1, свойства антифрикционных изделий по примерам 1-3 - в таблице 2.
| Таблица 1 | ||||
| Наименование компонентов препрега | Состав по примерам, мас.% | Прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Связующее: | ||||
| АФК-101 (ТУ 1-595-11-906-2006) | 24 | - | 18 | 18 |
| Фенольно-каучуковое (ТУ 6-17-663-84) | - | 15 | - | - |
| Тканый наполнитель: | ||||
| Ткань техническая арт.5392-81Р (ТУ 8378-161-35227510-2008) | 76 | 85 | - | - |
| Ткань техническая арт.5387/2-79Р (ТУ 8378-162-35227510-2008) | - | - | 82 | - |
| Ткань техническая арт.5392-81 (ТУ 8278-124-35227510-2005) | 82 |
| Таблица 2 | ||||
| Наименование свойств | Примеры по изобретению | Прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Максимальная длительная температура эксплуатации, °С | 220 | 220 | 220 | 220 |
| Прочность при отслаивании антифрикционного покрытия от конструкционной стали, кгс/см | 5,2 | 4,2 | 4,8 | 2,5 |
| Удельная нагрузочная способность, МПа (при скорости скольжения 0,1 м/с) | 65 | 60 | 75 | 50 |
| Коэффициент трения | 0,08 | 0,08 | 0,07 | 0,09 |
| Жизнеспособность препрега, мес. | 15 | 12 | 15 | 15 |
| Стоимость 1 м2 тканого наполнителя, тыс. руб. | 12 | 12 | 18 | 25 |
Из данных таблицы 2 следует, что заявляемый препрег имеет длительную жизнеспособность (более 1 года), из него получают антифрикционные изделия с более высокими прочностными характеристиками при сохранении высокого уровня антифрикционных свойств. Прочность при отслаивании от металла заявляемого материала выше по сравнению с прототипом в 1,7-2 раза, удельная нагрузочная способность - 1,2-1,5 раз. Полученные из заявляемого препрега антифрикционные изделия способны длительно эксплуатироваться при высоких температурах. Кроме того, стоимость тканого наполнителя, изготовленного из указанных нитей Русар, в 1,5-2 раза ниже, чем у прототипа. Таким образом, использование заявляемого изобретения позволит увеличить срок службы узлов трения и снизить их стоимость.
1. Препрег антифрикционного органопластика, включающий фенольно-каучуковое связующее и тканый наполнитель, состоящий из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из высокопрочных органических нитей, отличающийся тем, что в качестве высокопрочных органических нитей он содержит некрученые нейтральные арамидные нити Русар с номинальной линейной плотностью 14,3; 29,4; 58,8 текс, удельной разрывной нагрузкой не менее 210 сН/текс и удлинением при разрыве не менее 2,6%, при этом связующее и тканый наполнитель взяты в следующем соотношении, мас.%:
| фенольно-каучуковое связующее | 15-24 |
| тканый наполнитель | 76-85 |
2. Изделие, отличающееся тем, что оно выполнено путем формования препрега по п.1.
