Способ получения фрикционных полимерных материалов

Изобретение относится к способу получения фрикционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок железнодорожных вагонов и локомотивов, для автотранспорта, подъемных кранов, дисков сцепления и других изделий. Способ осуществляют обработкой бутадиеновых или бутадиен-нитрильных каучуков на пластификационном оборудовании и смешением каучука с вулканизирующими добавками, с волокнистым и порошковым наполнителем. При этом одновременно с вулканизирующими добавками вводят ароматический полиамин. Ароматический полиамин представляет собой анилино-формальдегидный конденсат, состоящий из 75% изомеров диаминодифенилметана и 3-4 бензольноядерных первичных аминов, связанных метиленовыми мостиками. Волокнистый наполнитель предварительно пропитывается в течение 15 мин водным раствором эпоксидной смолы, представляющим собой продукт взаимодействия смеси диановой и алифатической эпоксидных смол с гликолями или их производными, в соотношении А:Б от 95:5 до 60:40, а затем сушится до влажности не более 1%. Композиция материала содержит, мас.ч.: каучук 100, ароматический полиамин 2-20, серу 1-15, тиурам 0,04-2,0, 2-меркаптобензтиазол 0,3-4,0, волокнистый наполнитель 15-100, порошковый наполнитель 10-100. Изобретение позволяет повысить прочностные показатели фрикционных полимерных материалов и повысить безопасность труда. 2 табл.

 

Изобретение относится к способу получения фрикционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок железнодорожных вагонов и локомотивов, для автотранспорта, подъемных кранов, дисков сцепления и др. изделий.

Известны фрикционные полимерные материалы и способы их получения на основе бутадиеновых каучуков, содержащих вулканизирующие добавки типа серы, тиурама и других серосодержащих веществ, включающих минеральные порошки, неорганические волокна и металлическую стружку (см. Энциклопедия полимеров. Т.3 M.: изд. «Советская энциклопедия», 1977, стр.786-788).

Недостатками такого способа и материала являются низкие прочностные показатели материала в связи с плохой адгезией полимера к волокнам, разрушение волокон в процессе смешения компонентов, образование волокнистой пыли, опасной для здоровья персонала, и недостаточно высокие антифрикционные свойства.

Один из способов устранения приведенных недостатков описан в патенте RU 2.114.338 C1, заключающийся в том, что применяются полимерные волокна, подвергнутые местному деструктивному воздействию (аналог 2).

Применение органических волокон при смешении с каучуком и вулканизирующими добавками после деструктивной обработки волокон позволяет повысить адгезию на границе каучук-волокно, но не позволяет повысить прочностные показатели фрикционных материалов и, тем более, их теплостойкость.

Ближайшим прототипом заявляемого решения является способ получения фрикционного полимерного материала путем обработки на пластификационном оборудовании (вальцах) бутадиеновых или бутадиен-нитрильных каучуков со сплавом эпоксидных смол с 4,4-диоксидифенилсульфоном и фенолоформальдегидной смолой с последующим смешением с вулканизирующими добавками и наполнителями - волокнистым и порошковым (см. RU 2.175.335, С2 от 27.04.1999 г.)

Приведенный способ позволяет повысить прочностные показатели и износостойкость тормозного сопряжения. Однако современный железнодорожный транспорт требует более высоких прочностных показателей фрикционных материалов и совершенствования технологии их получения, исключающих, в частности, выделение волокнистой пыли, особенно асбестовой и стекловолокнистой, что имеет место при применении волокон во всех известных способах, в т.ч. в прототипе.

Целью заявляемого изобретения является существенное повышение прочностных показателей фрикционных полимерных материалов, а также повышение безопасности труда в процессе смешения компонентов на пластификационном оборудовании - вальцах, резиносмесителях и др.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно с вулканизирующими добавками вводят ароматический полиамин, представляющий собой анилино-формальдегидный конденсат, состоящий из 75% изомеров диаминодифенилметана и 3-4 бензольноядерных первичных аминов, связанных метиленовыми мостиками, а волокнистый наполнитель (А) предварительно пропитывается в течение 15 мин водным раствором эпоксидной смолы (Б), представляющий собой продукт взаимодействия смеси диановой и алифатической эпоксидных смол с гликолями или их производными в соотношении А:Б от 95:5 до 60:40, а затем сушится до влажности не более 1%, при этом материал содержит, мас.ч.:

Каучук	100
Ароматический полиамин	2÷20
Сера	1÷15
Тиурам	0,04÷2
2-Меркаптобензтиазол	0,3÷4
Волокнистый наполнитель,
пропитанный водорастворимой эпоксидной смолой	15÷100
Порошковый наполнитель	10÷100

Пример 1

Приготовление предварительно пропитанного волокнистого наполнителя.

В лопастной смеситель загружается 60 мас.ч. рубленого стекловолокна с диаметром волокон 13 микрон (А) одновременно с 50% водным раствором воднодисперсионной эпоксидной смолы ЭТАЛ АК-732 (ТУ 2241-824-18826195-06), представляющей собой продукт взаимодействия смеси диановой и алифатической эпоксидных смол с полиэтиленгликолем (Б), при соотношении А:Б=78:22 при пересчете на сухой компонент Б. После перемешивания в течение 15 мин пропитанное волокно поступает в сушилку для удаления воды при 100°С. Сухое пропитанное волокно представляет эластичную волокнистую массу без запаха, не пылящую, не токсичную, легко распадающуюся при незначительном разрывном усилии. Поскольку смола не содержит отвердителя, срок хранения пропитанного ею волокна практически не ограничивается (проверено свыше 2-х лет) и поэтому оно сможет быть заготовлено заранее.

Получение фрикционного материала

В резиносмеситель типа РСВД 140-20 загружается 100 мас.ч. бутадиенового каучука марки СКД-2 (ГОСТ 14924), 8 мас.ч. серы, технической молотой природной сорта 9995, 1 мас.ч. тиурама (ГОСТ 740), 2 мас.ч. 2-меркаптобензтиазола (ГОСТ 739), 45 мас.ч. порошкового наполнителя, состоящего из смеси - глинозем (ГОСТ 30558), графит кристаллический (ГОСТ 5279), концентрат баритовый (ГОСТ 4682) в равном соотношении. Одновременно загружаются 10 мас.ч. ароматического полиамина (ТУ 2473-342-05763441-2001), представляющего собой анелино-формальдегидный конденсат, состоящий из изомеров диаминодифенилметана (75%) и 3÷4 ядерных (бензольных ядер) первичных аминов, связанных метиленовыми мостиками. Ароматический полиамин известен как классический отвердитель эпоксидных смол (горячего отверждения), а его аминогруппы способны присоединяться по двойным связям к каучукам. Далее в резиносмеситель загружается 60 мас.ч. стекловолокна, пропитанного эпоксидной смолой. Перемешивание осуществляется при 80°С в течение 25 минут. По окончании изготовления смеси открывается нижний затвор резиносмесителя, масса выгружается и далее направляется для изготовления изделий методом горячего прессования при температуре 180°С в течение 25 мин под давлением 31 МПа с последующей термообработкой в термостате при этой же температуре в течение 25 мин.

Примеры 2÷7 осуществляются аналогично примеру 1, но с изменением состава в соответствии с таблицей 1.

Свойства получаемого фрикционного материала приведены в таблице 2.

Заявляемый способ позволяет значительно повысить прочностные показатели получаемых фрикционных материалов (см. таблицу 2) и, возможно, при углубленных исследованиях абсолютных преимуществ. Волокна, пропитанные водным раствором эпоксидной смолы, в отличие от непропитанных несравненно лучше сохраняется в процессе смешения с каучуком. Например, стеклянное волокно на вальцах или в резиносмесителе разрушается до размеров длиной до 0,5 мм, а пропитанное практически сохраняет свой исходный размер, что является важнейшим фактором повышения армирующего эффекта.

Не менее важным является устранение пылеобразования при использовании водного раствора эпоксидной смолы.

Введение в состав материала эпоксидной смолы весьма существенно повышает адгезию каучука к волокну, т.к. отвердитель - ароматический амин - взаимодействует со смолой и каучуком, а весь материал повышает адгезию к металлическому каркасу тормозной колодки.

Таблица 1
Параметры осуществления заявляемого способа по примерам 2-7
№	Наименование параметра	Величина параметра по примерам
2	3	4	5	6	7
1	Вид и марка каучука	Бутадиеновый СКД-2	Бутадиеновый СКД-1	Бутадиен-нитрильный СКН-18	Бутадиен-нитрильный СКН-26	Бутадиен-нитрильный СКН-18	Бутадиен-нитрильный СКН-18
2	Количество вулканизирующих компонентов, мас.ч. Ароматический
	полиамин	12	12	2	20	2	2
	Сера	1	15	8	8	8	8
	Тиурам	1	1	0,04	2	0,04	0,04
	2-Меркаптобензтиазол	0,3	2	4	2	4	4
3	Вид волокнистого наполнителя и количество, мас.ч.	Асбест 15	Базальтовое волокно 100	Волокно арселон 60	Полиамидное волокно 60	Волокно арселон 60	Волокно арселон 60
4	Соотношение компонентов А:Б	60:40	95:5	72:28	72:28	72:28	72:28
5	Вид и количество порошкового наполнителя, мас.ч.	Электрокорунд 10	Смесь баритового концентрата и графита 1:1	Железный порошок 40	Латунная стружка 50	Смесь баритового концентрата, графита и буры 49:49:2	Смесь баритового концентрата, графита и оксида молибдена 49:49:2
			90			100	100
6	Вид гликоля в водорастворимом составе	Триэтиленгли-коль	Диэтиленгли-коль	Полиэтиленг-ликоль с мм. 400	Полиэтиленг-ликоль с мм. 400	Полиэтиленг-ликоль с мм. 300	Полиэтиленг-ликоль с мм. 600

Таблица 2
Свойства изделий, получаемых из фрикционных полимерных материалов по примерам 1-7 в сравнении с аналогом и прототипом
№	Наименование показателя	Величина показателя
1	2	3	4	5	6	7	Аналог 1 Энциклопедия полимеров	Прототип RU 2.175.335
1	Прочность при изгибе, МПа	90	85	95	93	88			15	65
2	Прочность при растяжении, МПа	70	75	82	78	76			35	37
3	Коэффициент трения по ГОСТ 10791	0,58	0,56	0,54	0,53	0,56	0,52	0,49	0,38	0,56
4	Износ по ГОСТ 10791	0,08	0,07	0,07	0,08	0,08	0,08	0,07	0,11	0,05

Способ получения фрикционных полимерных материалов, включающий процесс обработки бутадиеновых или бутадиен-нитрильных каучуков на пластификационном оборудовании с последующим их смешением с вулканизирующими добавками - серой, тиурамом, 2-меркаптобензтиазолом и волокнистым наполнителем в сочетании с порошковым наполнителем - мелкодисперсным минеральным или металлическим порошком, отличающийся тем, что одновременно с вулканизирующими добавками вводят ароматический полиамин, представляющий собой анилино-формальдегидный конденсат, состоящий из 75% изомеров диаминодифенилметана и 3-4-бензольноядерных первичных аминов, связанных метиленовыми мостиками, а волокнистый наполнитель (А) предварительно пропитывается в течение 15 мин водным раствором эпоксидной смолы (Б), представляющей собой продукт взаимодействия смеси диановой и алифатической эпоксидных смол с гликолями или их производными, в соотношении А:Б от 95:5 до 60:40, а затем сушится до влажности не более 1%, при этом материал содержит, мас.ч.:

каучук	100
ароматический полиамин	2-20
сера	1-15
тиурам	0,04-2,0
2-меркаптобензтиазол	0,3-4,0
волокнистый наполнитель,
пропитанный водорастворимой эпоксидной смолой	15-100
порошковый наполнитель	10-100