Способ изготовления антифрикционных вставок подпятника тележки вагона
Владельцы патента RU 2501690:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВПО РГУПС) (RU)
Стальную сердцевину подпятника перед нанесением покрытия обрабатывают фосфотирующим составом. Методом контактного формования наносят слой пастообразного эпоксидного композита в виде двух компонентов. Первый компонент состоит из эпоксидной смолы, активного эпоксидного разбавителя, нетоксичной алифатической или ароматической оксикислоты, в которую вводят смесь антифрикционных порошкового и волокнистого наполнителей. Второй компонент состоит из нетоксичного аддукта, полученного взаимодействием алифатического или ароматического ди- или полиамина с эпоксидной диановой смолой и нетоксичного и нелетучего ди- или многоатомного спирта. Оба компонента - смоляную часть и отверждающую часть - изготавливают равными по объему и весу, смешивают непосредственно перед применением и наносят на стальную сердцевину подпятника, оставляя после нанесения отверждаться. Обеспечивается высокопрочное антифрикционное покрытие подпятника. 2 табл.
Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к опорам кузова вагона на тележку, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, строительстве и др.отраслях техники.
Ближайшим прототипом заявляемого решения является, раскрытый в патенте RU 2240940 С2 способ изготовления металлополимерных вставок, на поверхности которых, взаимодействующие с пятником и шкворнем, наносят антифрикционное высокопрочное полимерное покрытие из полиуретана литьевой марки СКУ-ПФА-100 или его аналога, армированное стекловолокном, кордом или кевларом и подвергнутое полимеризации при 140°С.
Недостатками прототипа являются сложная технология и большая трудоемкость нанесения полимерного покрытия с использованием дорогостоящего оборудования и оснастки, применения высоких температур полимеризации (140°С), сравнительно невысокие упругопрочностные свойства и низкая адгезия к металлу полимерного покрытия, не обеспечивающие их эксплуатационную надежность.
Целью заявляемого изобретения является значительное упрощение технологии изготовления вставок с композитным покрытием, а также повышение упругопрочностных показателей и адгезии к металлу антифрикционного композитного покрытия.
Поставленная цель достигается тем, что перед нанесением покрытия поверхности подвергаются обработке фосфатирующим составом, после чего методом контактного формования наносят пастообразный композитный эпоксидный состав, приготовленный в производственных условиях и поставляемый в виде двух компонентов - первого - смоляной части, состоящей из эпоксидной смолы (А), активного эпоксидного разбавителя (Б), нетоксичной алифатической или ароматической оксикислоты (В) в соотношении А:Б:В от 96:3,9:0,1 до 50:40:10, в которую вводят смесь антифрикционных порошкового (Г) и волокнистого наполнителей (Д) в соотношении Г:Д от 98:2 до 60:40 в количестве (А+Б+В):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, и второго - отверждающей части, состоящей из нетоксичного аддукта, полученного взаимодействием алифатического или ароматического ди- или полиамина с эпоксидной диановой смолой с молекулярной массой от 400 до 2500 при 8-20-кратном мольном избытке амина и нетоксичного и нелетучего ди- или многоатомного спирта при соотношении аддукт:спирт от 98:2 до 60:40 и смеси тех же наполнителей Г и Д в соотношении (аддукт+спирт):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, при этом оба компонента - смоляную часть и отверждающую - за счет регулирования соотношения входящих ингредиентов изготавливают равными по объему и весу с точностью до 5%, которые смешивают непосредственно перед применением и наносят после смешения вручную или на пластификационном оборудовании, оставляя после нанесения отверждаться при температуре от -10°С до +55°С в течение от 2 до 24 часов или при нагреве до 70-100°С от 7 до 8 минут.
Пример 1
Получение композитного материала нигде не описано и впервые разработано авторами как составная часть заявляемого изобретения.
Получение смоляной части.
В реактор, снабженный обогревом и быстроходной мешалкой, загружают 73 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 (А), 22 мас. ч. активного разбавителя - диглицидинового эфира триэтиленгликоля марки ТЭГ-1 (Б) и 5 мас. ч. безвредной молочной кислоты (В). Смесь перемешивают при температуре 70°С в течение 10 минут при скорости мешалки 500 оборотов в минуту. Полученную смесь охлаждают до температуры производственного помещения (+20°С) и загружают в лопастной Z-образный смеситель. Затем в этот же смеситель добавляют порошок графита (Г) и рубленое высокомодульное полиамидное волокно марки СВС (Д) в соотношении Г:Д=80:20 с и соотношением (А+Б+В):(Г+Д)=50:50. После перемешивания в течение 30 минут при 20°С полученную пастообразную смоляную часть расфасовывают и упаковывают в виде плоских прямоугольных образцов весом по 250 г и затем комплектуют с отверждающей частью.
Получение отверждающей части.
В другой реактор загружают нагретый до 70°С расплав метафенилендиамина в количестве 90 мас.ч., а затем к нему добавляют постепенно в течение 10 минут, 100 мас.ч. расплава эпоксидной диановой смолы марки ЭД-8 с молекулярной массой 1100, т.е при 14- кратном мольном избытке метафенилендиамина по отношению к смоле. После перемешивания в течение 20 минут при 70°С образуется аддукт. К аддукту в количестве 190 мас.ч. добавляют 38 мас.ч. нетоксичного 3- атомного спирта - глицерина (соотношение аддукт:глицерин=80:20). Полученную смесь охлаждают до +20°С и направляют в Z-образный лопастной смеситель для перемешивания с теми же наполнителями (Г+Д), что вводят в смоляную часть при соотношении (аддукт+глицерин): (Г+Д)=50:50.
После перемешивания при +20°С в течение 30 минут полученную отверждающую часть расфасовывают по 250 г и упаковывают в виде плоских прямоугольных образцов в полиэтиленовую пленку с последующей комплектацией со смоляной частью.
Нанесение покрытия
Металлическую поверхность тарели предварительно обрабатывают фосфатирующим модификатором ржавчины на основе ортофосфорной кислоты марки СФ1 (ПТУ 212-002-18817747-2001), затем используют комплекты, состоящие из 2 равных по весу и объему частей - смоляной и отверждающей, имеющей допустимый срок хранения не менее 6 месяцев, поставляемых потребителю на любые расстояния.
Перед использованием комплекта с обоих компонентов снимают упаковочную пленку, а затем оба компонента перемешивают путем совместного разминания вручную или на пластификационном оборудовании, вальцах или шнековых машинах в течение 5 минут.
Перемешанная масса сохраняет жизнеспособность в течение 60 минут.
Полученную пастообразную массу наносят на металлическую поверхность тарели шприцем или вручную. За счет экзотерической реакции в начале отверждения масса разогревается и приобретает хорошую растекаемость. Отверждение при 20°С происходит без выделения летучих и с незначительной усадкой - не более 0,05% в течение 3 часов. Прогрев горячим воздухом до 80°С сокращает время отверждения до 3 минут.
Примеры 2-7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров и применяемых соединений в соответствии с таблицей 1.
Свойства антифрикционных материалов, полученных по заявленному способу, приведены в таблице 2.
| Таблица 1 | |||||||
| Условия осуществления заявляемого способа по примерам 2-7 | |||||||
| Наименование входящего ингредиента или параметра | Величина показателя по примерам и для прототипа | ||||||
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| Получение смоляной части (первого компонента) | |||||||
| 1 | Вид эпоксидной смолы (А) | диглицидилфталат (марка ДГФ) | тетраглицидиловое производное 3,3'дихлор-4,4'диаминодифенил метана (марка ЭХД) | эпоксидированный феноло-формальдегидный новолак (марка УП-643) | Триглицидилизо-цианурат (марки ЭЦ) | диглицидиловый эфир 4,4'диоксифенилсуль-фона (марка ФОУ-12) | |
| 2 | Вид активного эпоксидного разбавителя (Б) | диглицидиловый эфир полиэпихлоргидрина (марка Э-181) | триглицидиловый эфир этриола (марка ЭЭТ-1) | диглицидиловый эфир диэтиленгликоля (марка ДЭГ-1) | эпоксидированный полипропиленгликоль (марка Лапроксид 703) | ||
| 3 | Вид кислоты (В) | лимонная | винная | пара-оксибензойная | молочная | орто-оксибензойная (салициловая) | |
| 4 | Соотношение А:Б:В | 73:22:5 | 73:22:5 | 73:22:5 | 73:22:5 | 96:3,9:0,1 | 50:40:10 |
| 5 | Параметры смешения А+Б+В | ||||||
| температура, °С | 80 | 50 | 50 | 50 | 70 | 80 | |
| время, мин | 10 | 30 | 20 | 20 | 20 | 80 | |
| скорость мешалки, обороты/мин | 500 | 1000 | 1000 | 100 | 500 | 1500 | |
| 6 | Вид порошкового наполнителя (Г) | сульфид молибдена | порошок тетрафтор-этилена | тальк | порошок бронзы | порошковый концентрат на основе графита и дисульфида молибдена |
| 7 | Вид волокнистого наполнителя и длина рубленого волокна (Д) | углеродное волокно, длина 10 мм | высоко модульное полиамидное волокно марки СВМ, длина 20 мм | фторлоновое волокно, длина 70 мм | капроновое волокно, длина 5 мм | волокно "Арселон", длина 10 мм | |
| 8 | Соотношение Г:Д | 80:20 | 80:20 | 80:20 | 80:20 | 98:2 | 60:40 |
| 9 | Соотношение (А+Б+В):(Г:Д) | 50:50 | 50:50 | 50:50 | 50:50 | 80:20 | 20:80 |
| 10 | Вес первого компонента, мас.ч. | 100 | 400 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Получение отверждающей части/второго компонента | |||||||
| 1 | Вид амина для получения аддукта | 4,4'диаминодифенил-метан | полиэтилен полиамина (ПЭПА) | Метафенилен-диамин | парааминобензил-анилин | диэтилентриамин | триэтилентетраамин |
| 2 | Марка и молекулярная масса (М.М) эпоксидной диановой смолы для получения аддукта | смола ЭД-16 | смола ЭД-20 | смола Э-49 | смола ЭД-20 | смола Э-45 | смола ЭД-8 |
| М.М 500 | М.М 400 | М.М 2500 | М.М 400 | М.М 1500 | М.М 1100 | ||
| 3 | Кратность мольного избытка амина при получении аддукта | 12 | 12 | 12 | 12 | 8 | 20 |
| 4 | Режим получения аддукта и смешения со спиртом | ||||||
| температура, °С | 80 | 80 | 80 | 80 | 60 | 40 |
| время, мин+время смешения со спиртом, мин | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 20+10 | 30+10 | 100+10 | |
| скорость мешалки, обороты/мин | 500 | 1000 | 1000 | 1000 | 1500 | 1500 | |
| 5 | Вид и ди- или многоатомного спирта | триэтиленгликоль | этриал | глицерин | пентаэритрит | арабиноза | глицерин |
| 6 | Соотношение порошкового и волокнистого наполнителей Г:Д | 80:20 | 80:20 | 80:20 | 80:20 | 98:2 | 60:40 |
| 7 | Соотношение (аддукт+спирт):(Г+Д) | 50:50 | 50:50 | 50:50 | 50:50 | 80:20 | 20:80 |
| 8 | Режим смешивания аддукт со спиртом с наполнителями | ||||||
| температура, °С | 20 | 20 | 20 | 20 | 15 | 30 | |
| время, мин | 30 | 30 | 30 | 30 | 20 | 40 | |
| 9 | Вес второго компонента, мас.ч. | 100 | 400 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Нанесение покрытия | |||||||
| 1 | Вид фосфотирую щего состава |
железофосфатный состав марки КФА-8 | цинкфосфатный состав, концентрат КФА-8 | цинк-барийфосфатный на основе смеси фосфатной и азотной кислот | |||
| 2 | Время смешения смоляной и отверждающей частей, мин | 5 | 3 | 10 | 5 | 5 | 5 |
| 3 | Режим отверждения покрытия | ||||||
| температура, °С | 20 | 20 | +55 | -10 | 95 | 70 | |
| время | 10 часов | 10 часов | 1 час | 24 часа | 1 минута | 6 минут |
| Таблица 2 | |||||||||
| Свойства покрытий, нанесенных на вставку по примерам 1-7 в сравнении с прототипом. | |||||||||
| Наименование показателя | Величина показателя по примерам и для прототипа | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | Прототип | ||
| 1 | Стабильность при хранении в складских условиях | не менее 6 месяцев | |||||||
| 2 | Минимальная допустимая температура отверждения, °С | -10 | +5 | 0 | +10 | +5 | +5 | +55 | 140 |
| 3 | Время отверждения при минимальной температуре, ч | 24 | 6 | 10 | 2 | 2 | 2 | 1 | 4 |
| 4 | Время отверждения при 80°С и толщине 2 мм, мин | 0,5 | 1 | 0,5 | 1 | 1 | 1 | 1 | не отверждается |
| 5 | Удельное давление при формовке, МПа | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,002 | 0,21 | 20 |
| 6 | Предел прочности при растяжении, МПа | 190 | 210 | 280 | 250 | 250 | 190 | 250 | 1120 |
| 7 | Модуль упругости при растяжении, МПа | 6000 | 5500 | 7000 | 6100 | 6200 | 6000 | 6300 | 2500 |
| 8 | Предел прочности при отрыве покрытия от стали, МПа | 60 | 55 | 62 | 66 | 54 | 58 | 62 | 16 |
| 9 | Коэффициент трения (v=15 м/с Р=4 МПа) | 0,11 | 0,12 | 0,13 | 0,11 | 0,12 | 0,11 | 0,12 | 0,11-0,14 |
Способ изготовления антифрикционных вставок подпятника тележки вагона, включающий процесс нанесения антифрикционного покрытия на стальную сердцевину в форме тарели, имеющей отверстия с образованием сплошной рабочей поверхности тарели, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия поверхности подвергаются обработке фосфатирующим составом, после чего методом контактного формофания наносят пастообразный композитный эпоксидный состав, приготовленный в производственных условиях и поставляемый в виде двух компонентов - первого - смоляной части, состоящей из эпоксидной смолы (А), активного эпоксидного разбавителя (Б), нетоксичной алифатической или ароматической оксикислоты (В) в соотношении А:Б:В от 96:3,9:0,1 до 50:40:10, в которую вводят смесь антифрикционных порошкового (Г) и волокнистого (Д) наполнителей в соотношении Г:Д от 98:2 до 60:40 в количестве (А+Б+В):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, и второго - отверждающей части, состоящей из нетоксичного аддукта, полученного взаимодействием алифатического или ароматического ди- или полиамина с эпоксидной диановой смолой с молекулярной массой от 400 до 2500 при 8-20-кратном мольном избытке амина и нетоксичного и нелетучего ди- или многоатомного спирта при соотношении аддукт:спирт от 98:2 до 60:40 и смеси тех же наполнителей Г и Д в соотношении (аддукт+спирт):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, при этом оба компонента - смоляную часть и отверждающую - за счет регулирования соотношения входящих ингредиентов изготавливают равными по объему и весу с точностью до 5%, которые смешивают непосредственно перед применением и наносят после смешения вручную или на пластификационном оборудовании, оставляя после нанесения отверждаться при температуре от -10°С до +55°С в течение от 2 до 24 часов или при нагреве до 70-100°С от 7 до 8 минут.
