Антифрикционная полимерная композиция
Изобретение относится к антифрикционным полимерным композициям на основе полиамидов. Композиция содержит мас.%: графит - 3-15, медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида - 0,5-3, нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец (при соотношении медь:марганец 1:3-2:1) - 0,03-0,5, полиамид - остальное. Изобретение позволяет получить композиции с коэффициентом трения 0,1-0,14, интенсивностью изнашивания 6,2-8,7 мг/км при нагрузке 5 МПа и скорости скольжения 0,8 м/с. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 пр.
Изобретение относится к антифрикционным полимерным композициям на основе полиамидов и может быть использовано в качестве материала для подшипников скольжения, применяемых в машиностроении, автомобилестроении и конвейерах различных отраслей промышленности.
Известна антифрикционная композиция на основе полиамида, содержащая графит, салицилальимин меди и пластичную смазку (патент РФ №2046811, C08L 77/06, С08К 13/02 // (С08К 13/02, 3:04, 3:30, 5:01, 5:16, 6:26), 1995 г.). Композиция относится к самосмазывающимся материалам, но обладает недостаточно высокими антифрикционными свойствами.
Известна также антифрикционная самосмазывающаяся композиция, содержащая полиамид, графит, закись меди, абиетиновую кислоту, вазелиновое масло, пластичную смазку и медные волокна (патент РФ №99111028, C08J 5/16, C08L 77/00, С10М 107/44, 2001 г.). Композиция обладает высокими механическими характеристиками, но недостаточно высокой износостойкостью.
Наиболее близким техническим решением является антифрикционная полимерная композиция на основе полиамида, содержащая графит и медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида (Авторское свидетельство СССР №1553544, C08J 5/16, C08L 77/02, С08К 13/02 (С08К 13/02, 3:04, 5:40), 1990 г.), которая обладает стабильностью коэффициента трения.
Однако известные композиции на основе полиамидов обладают недостаточно высокими триботехническими характеристиками.
Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости и антифрикционных свойств антифрикционной полимерной композиции.
Технический результат достигается тем, что антифрикционная полимерная композиция, включающая полиамид, графит, медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида и модифицирующую добавку, в качестве модифицирующей добавки содержит нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец (в соотношениях медь:марганец от 1:3 до 2:1) при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| Графит | 3-15 |
| Медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида | 0,5-3 |
| Нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец | 0,03-0,5 |
| Полиамид | остальное. |
Компонентами композиции являются вещества технической степени чистоты. В качестве полиамида могут применяться различные полиамиды, например П-66 (МРТУ 6-06-379-74) или П-68 (ГОСТ 10589-73).
В качестве добавок используют графит С-1 (ГОСТ 17022-81) и медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида (меркупраль, ТУ 6-09-07-491-75).
Модифицирующая добавка - нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец синтезированы по известной методике, описанной в литературе [1], основанной на стандартных методах получения нанопорошков [2, 3].
Пример 1
Получение нанодисперсных смешанных оксидов медь-марганец
Нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец получены следующим образом. Раствор 14,04 г CuSO4·5H2O (ГОСТ 4165-78) в 150 мл дистиллированной воды смешивали с 150 мл водного раствора, содержащего 17,43 г KI (ГОСТ 4232-74). К полученному осадку CuI2 прибавляли раствор 5,53 г КМnO4 (ГОСТ 20490-75) в 70 мл воды. Все реактивы марки ч.д.а. Полученный гель промывали дистиллированной водой и сушили при температуре 80°С. Полученный продукт представляет собой порошок черного цвета смешанных оксидов медь-марганец с размерами частиц от 50 до 250 нм, определенными с помощью атомно-силового микроскопа NanoEducator. Выход 5,86 г (78%). Соотношение медь:марганец равно 2:1.
Синтез описан в литературе [1].
Содержание меди и марганца определяли аналитическими методами по известным методикам, описанным в литературе [4].
Изготовление антифрикционной композиции
В быстроходном смесителе смешивают 30 г графита С-1, 10 г меркупраля и 1 г нанодисперсных смешанных оксидов медь-марганец до получения равномерного распределения ингредиентов. Полученную смесь перемешивают с 959 г крошки полиамида П-66 и засыпают в шнековую литьевую машину. Методом литья под давлением 100-200 МПа при температуре 275-280°С получают образцы композиции в форме требуемого изделия.
Примеры 2-11 осуществляют, как описано в примере 1.
Испытания проводят на машине торцевого трения типа АЕ-5 при скорости скольжения 0,8 м, нагрузке 5 МПа и времени испытаний 3 часа. Материал контртела - сталь-45. Определяют коэффициент трения (fтр.) и интенсивность изнашивания (Ig). Составы заявляемой композиции (примеры 1-10) и композиции прототипа, а также результаты испытаний приведены в таблице.
| Таблица | ||||||||
| Состав и свойства антифрикционной полимерной композиции | ||||||||
| № пп | Марка полиамида | Состав, % | Соотношение Cu:Mn | fтр. | Ig, мг/км | |||
| полиамид | графит С-1 | меркупраль | оксиды Cu-Mn | |||||
| 1 | П-66 | 95,90 | 3,0 | 1,0 | 0,10 | 2:1 | 0,12 | 8,2 |
| 2 | П-68 | 93,20 | 5,0 | 1,5 | 0,30 | 1:3 | 0,10 | 5,8 |
| 3 | П-68 | 84,00 | 15,0 | 0,5 | 0.50 | 2:1 | 0,12 | 8,7 |
| 4 | П-66 | 86,97 | 10,0 | 3,0 | 0,03 | 1:1 | 0,14 | 6,2 |
| 5 | П-66 | 88,99 | 10,0 | 1,0 | 0,01 | 1:1 | 0,16 | 12,5 |
| 6 | П-66 | 88,2 | 10,0 | 1,0 | 0,80 | 1:1 | 0,15 | 11,6 |
| 7 | П-68 | 89,8 | 10,0 | 0,1 | 0.10 | 1:1 | 0,16 | 12,8 |
| 8 | П-68 | 83,9 | 10,0 | 6,0 | 0,10 | 1:1 | 0,15 | 12,0 |
| 9 | П-66 | 97,7 | 1,0 | 1,0 | 0,30 | 1:1 | 0,15 | 12,3 |
| 10 | П-66 | 73,7 | 25,0 | 1,0 | 0,30 | 1:1 | 0,15 | 11,7 |
| 11 | П-66 | 88,50 | 10,0 | 1,5 | - | - | 0,16 | 12,7 |
Для сравнения в таблице в примере 11 приведены результаты испытаний антифрикционной полимерной композиции, соответствующие составу прототипа (Авторское свидетельство СССР №1553544, C08J 5/16, C08L 77/02, С08К 13/02 (С08К 13/02, 3:04, 5:40), 1990 г.).
Как видно из данных таблицы, значения коэффициента трения уменьшаются на 12-38%, а интенсивности износа - в 1,5-2 раза (примеры 1-4) по сравнению с прототипом (пример 11).
Таким образом, заявляемая антифрикционная полимерная композиция обладает высокими триботехническими характеристиками (коэффициент трения 0,10-0,14 и интенсивность износа 6,2-8,7 мг/км при нагрузке 5 МПа и скорости скольжения 0,8 м/с).
Литература
1. Колесников В.И., Коган В.А., Булгаревич С.Б., Бойко М.В., Савенкова М.А., Акимова Е.Е. Модификация оксидных пленок на поверхности железа и его сплавов, в том числе наночастицами, с целью улучшения эксплуатационных свойств материала // Вестник Южного научного центра РАН. Т.5. №2. 2009. С.34-42.
2. Сергеев Г.Б. Нанохимия. Учебное пособие. 3-е изд - М.: Книжный дом Университет (КДУ), 2009. - 336 с.
3. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. - М.: Физматлит, 2009. - 416 с.
4. Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учебное пособие для вузов / В.И.Фадеева, Т.Н.Шеховцова, В.М.Иванов и др.; Под. ред. Ю.А.Золотова - М.: Высшая школа, 2001. - 463 с. (Определение меди комплексонометрическим методом с.244-245. Определение больших количеств марганца в виде перманганата с.427-428.).
1. Антифрикционная полимерная композиция, включающая полиамид, графит, медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что в качестве модифицирующей добавки она содержит нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
| графит | 3-15 |
| медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида | 0,5-3 |
| нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец | 0,03-0,5 |
| полиамид | остальное |
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец содержат медь и марганец в соотношениях 1:3-2:1.
