Антифрикционная композиция

Изобретение относится к наполненным полимерным материалам, в частности к материалам на основе углеродного тканого армирующего материала и эпоксидного термореактивного полимерного связующего. Антифирикционный материал включает углеродную ткань из волокон с фиксированным размером кристаллитов по базисной плоскости и толщиной пакета с фиксированным числом базисных плоскостей, пропитанную композицией эпоксидной смолы, металлического порошка олова или оловянного баббита дисперсностью 5-100 мкм, дисульфида молибдена дисперсностью 0,6-0,7 мкм, взятого в соотношении к металлическому порошку 1:2. Компоненты материала взяты в соотношении (мас.%): углеродная ткань 46,3-56,6, эпоксидная смола 37,8-46,3, порошок олова или оловянного баббита 3,8-4,9, дисульфид молибдена 1,9-2,45, при этом суммарное содержание металлического порошка и дисульфида молибдена составляет 5,7-7,35 мас.%. Изобретение позволяет повысить прочность материала при сжатии, модуль упругости, снижения интенсивности изнашивания для деталей трения. 1 табл., 9 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к наполненным полимерным композициям, в частности к полимерным композициям на основе углеродного тканого армирующего материала и эпоксидного (термореактивного) полимерного связующего.

Указанная композиция предназначена для изготовления тяжелонагруженных тихоходных изделий антифрикционного назначения, работающих в воде в экстремальных условиях при совместном действии максимальных гидростатических давлений (до 120 МПа), контактных давлений, действующих в узле трения до 100 МПа (кратковременно до 200 МПа) в паре с контртелами, изготовленными из титановых сплавов, например, для подшипников рулей глубоководных аппаратов.

Известна антифрикционная композиция, включающая углеродную ткань и полимерное термореактивное связующее, в частности эпоксидную смолу [RU №2153107, МПК C08L 63/00, 2000]. Углеродная ткань имеет средний размер кристаллитов по базисной плоскости 3,0-6,0 нм и толщину базисных плоскостей 1,0-4,0 нм. Данная композиция обладает высокой прочностью, износостойкостью при трении в воде по контртелам из титановых сплавов и успешно применяется в судостроении.

Недостатком указанной композиции является ее неработоспособность при эксплуатации в экстремальных условиях - при гидростатических давлениях более 60 МПа, контактных давлениях в узле трения более 65 МПа, - по контртелам из титановых сплавов.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой композиции является антифрикционная композиция, включающая углеродную ткань с волокном со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3,0-6,0 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1,0-4,0 нм и полимерное термореактивное связующее на основе фенолформальдегидной смолы и олеиновой кислоты, отличающаяся тем, что дополнительно содержит 5-10% от массы композиции порошка олова или оловянного баббита дисперсностью 5-100 мкм [RU №2295546, МПК C08J 5/16, 2007].

Композиция имеет более низкий коэффициент трения в воде при сохранении высокой прочности и износостойкости при работе по контртелам различной твердости, особенно по нержавеющей стали.

Недостатками композиции являются её недостаточная механическая прочность при сжатии, низкий модуль упругости, высокая интенсивность изнашивания, что приводит к неработоспособности композиции при эксплуатации в экстремальных условиях - при гидростатических давлениях более 60 МПа, контактных давлениях в узле трения более 65 МПа, - по контртелам из титановых сплавов.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в значительном повышении механической прочности композиции при сжатии, модуля упругости, снижении интенсивности изнашивания для деталей трения, работающих на водяной смазке по контртелам из титановых сплавов, которые позволят композиции работать в указанных выше экстремальных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что антифрикционная композиция, включающая тканый армирующий материал из углеродных волокон, полимерное термореактивное связующее и порошок олова или оловянного баббита дисперсностью 5-100 мкм, согласно изобретению в качестве тканого армирующего материала включает углеродную ткань со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 13-15 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 5-7 нм, и дополнительно композиция содержит дисульфид молибдена дисперсностью 0,6-0,7 мкм, взятый в соотношении к металлическому порошку 1:2, причем в качестве полимерного термореактивного связующего композиция включает эпоксидную смолу, при следующем соотношении компонентов (масс.%):

углеродная ткань 46,3-56,6
полимерное термореактивное связующее 37,8-46,3
металлический порошок олова или оловянного баббита 3,7-4,9
дисульфид молибдена 1,9-2,5

при этом суммарное содержание металлического порошка и дисульфида молибдена должно быть в пределах 5,6-7,4 масс.%.

В качестве связующих заявляемая композиция содержит вещества, выпускаемые промышленностью, а именно хлорсодержащий полиглидиларилен-диаминоалкан по ТУ 2225-607-11131395-2003, дихлордиаминодифенилметан по ТУ6-14-980-84 и ускоритель - резорцин по ГОСТ 9970-74.

В качестве металлических порошков композиция содержит порошкообразный оловянный баббит марки Б-83 (ТУ 1792-051-407-076-72-2003) с дисперсностью 5-100 мкм, порошок олова марки ПО-1 (ГОСТ 9723-73) с дисперсностью 5-100 мкм и порошкообразный дисульфид молибдена марки ДМИ-7 (ТУ 48-19-133-90) с дисперсностью 0,6-0,7 мкм.

Углеродная ткань, используемая в заявляемой композиции, изготавливается из углеродных нитей, полученных графитизацией полиакрилонитрильных нитей, по технологии, разработанной ХК «Композит». По данным рентгенографического исследования на дифрактографе ДРОН-1,5 полученная углеродная ткань имеет следующие характеристики: средний размер кристаллитов по базисной плоскости 13-15 нм и толщину пакета базисных плоскостей 5-7 нм.

Далее изобретение иллюстрируется примерами, но не ограничено ими.

Пример 1.

Для получения антифрикционной композиции взята углеродная ткань с размером базисной плоскости вдоль оси кристаллита La - 13 нм и толщиной пакета базисных плоскостей Lc - 5 нм. Прочность волокон составляет 4,0 ГПа. Модуль упругости волокна - 250 ГПа.

В реактор загружают 28,4 кг хлорсодержащего полиглицидил-арилендиаминометана (ТУ 2225-607-11131395-2003), нагретого до 70°С, и 21,5 кг ацетона, содержимое реактора перемешивают в течение 15 мин до полного растворения. Затем в реактор загружают 17 кг дихлордиаминодифенилметана (содержание хлора в связующем 20 масс.ч. на 100 масс.ч. полимера). В смесь вводят 0,9 кг ускорителя отверждения - резорцина, 4,9 кг порошкообразного баббита Б-83 и 2,5 кг порошкообразного дисульфида молибдена марки ДМИ-7, перемешивают 20 мин.

Пропитку опытной углеродной ткани (46,3 кг) производят на вертикальной пропиточной машине марки УПСТ-1000М, производства Савеловского машиностроительного завода Московская обл. Машина снабжена ультразвуковой ванной марки УЗВ 50/200 МК, в которой суспензия перемешивается с помощью ультразвука. Из полученной антифрикционной композиции методом горячего прессования при температуре 150-160°С и давлении 5 МПа изготавливают образцы. Время выдержки при температуре прессования составляло 3 часа. Полученную антифрикционную композицию исследовали на износостойкость, которую определяли как изменение толщины образца на км пути трения при контактном давлении 100 МПа, скорости скольжения 0,05 м/с на специально сконструированном стенде для испытаний в экстремальных условиях при смазке водой по контртелу - титановому сплаву с оксидированием.

Были определены также прочностные и упругие характеристики полученной композиции:

- разрушающее напряжение при сжатии параллельно слоям, МПа, по ГОСТ 23803-79;

- модуль упругости при изгибе, МПа, по ГОСТ 23805-79 объемное изменение размеров в воде после выдержки образцов размерами 50×50×5 мм в воде при температуре 20°С в течение 1 года, об.%.

Состав композиции, характеристики используемой углеродной ткани, физико-механические и триботехнические свойства композиции приведены в таблице.

Примеры 2, 3

Антифрикционная композиция получена, как в примере 1, состав композиции и характеристики используемой углеродной ткани приведены в таблице.

Примеры 4-6

Антифрикционные композиции получены, как в примере 1, но вместо баббита использован порошок олова.

Примеры 7-9 (контрольные)

Антифрикционные композиции получены с опытной тканью с характеристиками, как в примере 2, при соотношении углеродная ткань: термореактивное связующее, как в примере 2, но в составе 4к нет дополнительных порошкообразных наполнителей, в составе 5к в качестве дополнительного наполнителя введен только баббит Б-83, а в составе 6к в качестве дополнительного наполнителя введен только дисульфид молибдена (МоS2).

Контрольные примеры показывают, что в отсутствие дополнительных наполнителей композиция неработоспособна по контртелам из титановых сплавов (пример 4к), так же как и композиция, содержащая в качестве наполнителя только дисульфид молибдена (МоS2) (пример 6к). Композиция, содержащая в качестве наполнителя только баббит Б-83 без дисульфида молибдена, работоспособна, но имеет интенсивность изнашивания в 20 раз выше, чем у заявляемой композиции.

Только сочетание всех параметров, а именно характеристик углеродной ткани и смешанного наполнителя приводит к получению композиции, работоспособной в экстремальных условиях.

Таблица
Состав и физико-механические и триботехнические характеристики антифрикционных композиций
Показатель Пример
1 2 3 4 5 6 Контрольные Прототип 10к
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Содержание компонентов, масс.%:
- полимерное связующее 46,3 46,3 37,8 46,3 46,3 37,8 45,0 46,3 46,3 45,0
- углеродная ткань опытная 46,3 47,7 56,6 46,3 47,8 56,6 55,0 47,7 47,7 -
- углеродная ткань низкомодульная (по прототипу) - - - - - - - - - 55,0
- содержание баббита Б-83 в пропитанной ткани, % 4,9 4,0 3,7 - - - - 6 - -
- содержание олова П в пропитанной ткани, % - - - 4,9 4,0 3,7 - - - -
- содержание дисульфида молибдена (MoS2) в пропитанной ткани, % 2,5 2,0 1,9 2,5 2,0 1.9 - - 6 -
- содержание никеля в пропитанной ткани, % - - - - - - - - - 9
Характеристика углеродной ткани:
- размер кристаллитов по базисной плоскости, Lc, нм 13 13,7 15 13 13,7 15 13,7 13,7 13,7 4,5
- толщина пакета базисных плоскостей, Lc, нм 5 5,8 7,0 5 5,8 7,0 5,8 5,8 5,8 2,5
- прочность углеродного волокна, ГПа 4,0 4,5 5,0 4,0 4,5 5,0 4,5 4,5 4,5 1,7
- модуль упругости волокна, ГПа 250 265 270 250 265 270 265 265 265 80
Свойства композиции:
интенсивность изнашивания, мкм/км пути трения (при 100 МПа в воде) 1,1 1,0 1,2 1,2 1,2 1,5 неработоспособна 21 неработоспособна 25
- разрушающее напряжение при сжатии параллельно слоям, МПа 490 530 510 495 505 500 530 500 500 250
- объемное изменение размеров, % в воде при температуре 20°С 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
- модуль упругости, ГПа 55 60 62 57 61 62 48 52 45 15

Антифрикционный материал, включающий армирующую углеродную ткань, состоящую из волокон с фиксированным размером кристаллитов по базисной плоскости и толщиной пакета с фиксированным числом базисных плоскостей, пропитанную композицией полимерного термореактивного связующего, и металлический порошок олова или оловянного баббита дисперсностью 5-100 мкм, отличающийся тем, что армирующая углеродная ткань состоит из волокон со средним размером кристаллитов по базисной плоскости 13-15 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 5-7 нм, и композиция для пропитки дополнительно содержит дисульфид молибдена дисперсностью 0,6-0,7 мкм, взятый в соотношении к металлическому порошку 1:2, при этом в качестве термореактивного связующего композиция для пропитки содержит эпоксидную смолу при следующем соотношении компонентов материала, мас.%:

углеродная ткань 46,3-56,6
полимерное термореактивное связующее 37,8-46,3
металлический порошок олова или оловянного баббита 3,8-4,9
дисульфид молибдена 1,9-2,45

при этом суммарное содержание металлического порошка и дисульфида молибдена составляет 5,7-7,35 мас.%.



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано в материаловедении для изготовления деталей смазываемых и несмазываемых узлов трения машин и агрегатов. Антифрикционный полимерный композиционный материал включает политетрафторэтилен, дисульфид молибдена, ультрадисперсный порошок скрытокристаллического графита с удельной поверхностью 50-75 м2/г и углеродные нанотрубки.
Изобретение относится к области производства антифрикционных композиционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении деталей узлов трения машин и агрегатов, в частности накладок на клинья гасителя колебаний тележки грузового вагона, устойчивых к фрикционным воздействиям, возникающим в процессе эксплуатации.
Изобретение относится к композиционным полимерным материалам и способу их получения. Нанокомпозиционный полимерный материал получают путем совместной конденсации на подложке паров сульфидов металлов и дихлор-п-ксилилена, полученного пиролизом α,α'-дихлор-п-ксилола, в вакууме с образованием пленок полимерной пленки.

Изобретение относится к области полимерных строительных гидроизоляционных материалов, применяемых в производстве и ремонте кровли, герметиков и ремонтных материалов, используемых для гидроизоляционной защиты бетонных, кирпичных и т.п.

Изобретение относится к компаундам на основе термореактивных смол и может быть использовано для пропитки и герметизации конденсаторов, обмоток транзисторов, трансформаторов в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к машиностроительной промышленности, а именно к вибропоглощающим составам. Композиция содержит, мас.%: эпоксидную диановую смолу - 17,0-30,0; моноглицидиловый эфир бутилцеллозольва - 10,0-17,0; тальк - 22,0-40,0; графит - 2,0-6,0; порошок ферритовый стронциевый - 7,0-20,0; микрослюду - 5,0-12,0; инженерную глину на основе обогащенных бентонитов и сепиолитов - 2,5-9,5; отвердитель аминофенольный - 7,0-11,0.

Изобретение относится к получению металл-полимерных композиционных материалов, предназначенных для применения в радиотехнической аппаратуре в качестве радиопоглощающих и экранирующих материалов.
Изобретение относится к антифрикционному композиционному материалу на основе полимеров для создания узлов трения, работающих всухую. Композиционный материал состоит, мас.%: полиэтилен 277 - 50-55 и медный поликомплекс полиакриламида - 50-45.

Изобретение относится к радиопоглощающему материалу, содержащему полимерное связующее и наполнитель, состоящий из порошкообразного карбонильного железа. При этом в наполнитель введены дискретные углеродные волокна в соотношении, мас.%: дискретные углеродные волокна 40-10, порошкообразное карбонильное железо 60-90, при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее 85-15, наполнитель 15-85.
Изобретение относится к мембранной технологии, в частности к получению антибактериальных полимерных мембран, и может быть использовано для очистки воды и водных растворов в пищевой, фармацевтической отраслях промышленности, в медицине.

Изобретение относится к смеси, акцептирующей кислород, композиции, содержащей полимерную смолу и указанную смесь, акцептирующую кислород, и применению указанной смеси, акцептирующей кислород, в упаковке для пищевых продуктов.

Изобретение относится к электропроводному твердому композиционному материалу, содержащему: твердую матрицу из электроизоляционного материала, и наполнитель из электропроводного материала, где наполнитель включает наночастицы, называемые нитевидными наночастицами, которые имеют: длину, измеряемую в основном направлении удлинения, два размера, называемые ортогональными размерами, располагающиеся в направлениях, пересекающихся и ортогональных друг другу, и ортогональных к основному направлению удлинения, и при этом ортогональные размеры меньше упомянутой длины и составляют менее 500 нм, и два отношения, называемые коэффициентами формы, представляющие собой отношения длины к каждому из двух ортогональных размеров, где коэффициенты формы превышают 50, и при этом нитевидные наночастицы распределены в объеме твердой матрицы в количестве, составляющем менее 10 об.%, в частности менее 5%.
Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к полимерным композиционным материалам, предназначенным для поглощения высокочастотной энергии в СВЧ-устройствах.

Изобретение относится к композиции полиолефинов, не пропускающей кислород, предназначенной для применения при изготовлении упаковок для пищи. Композиции содержит полиолефин, в состав которого входит сополимер этилена с виниловым спиртом, содержащий от 27 до 44% мол.

Изобретение относится к полимерным композициям, предназначенным для поглощения воздействующих излучений. Полимерная композиция содержит в качестве основы каучук низкомолекулярный диметилсилоксановый СКТН, катализатор холодного отверждения К-68, в качестве поглощающего наполнителя железо карбонильное радиотехническое Р-10, дополнительно содержит раствор высокомолекулярного каучука СКТ в жидкости полиметилсилоксановой и тетраэтоксисилане или его производных, а также полиэтиленполиамин в качестве регулятора скорости отверждения.
Изобретение относится к производству упаковочных материалов (стенки упаковки и упаковочные изделия) для продуктов питания и конкретно относится к поглощающей кислород смеси, применяемой в качестве поглотителя кислорода в упаковке для пищевых продуктов, композиции, содержащей полимерную смолу и указанную поглощающую кислород смесь, и к изделию - упаковке.

Изобретение относится к многослойным пленкам, содержащим активный противокислородный барьер, и может применяться для упаковок с использованием автоклава. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно термопластичным порошковым массам для изготовления металлических формованных изделий. .

Изобретение относится к полиэфирной композиции, пригодной для изготовления гранул, листов, волокон, преформ, бутылок и формованных изделий. .
Изобретение относится к области производства антифрикционных композиционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении деталей узлов трения машин и агрегатов, в частности накладок на клинья гасителя колебаний тележки грузового вагона, устойчивых к фрикционным воздействиям, возникающим в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к наполненным полимерным материалам, в частности к материалам на основе углеродного тканого армирующего материала и эпоксидного термореактивного полимерного связующего. Антифирикционный материал включает углеродную ткань из волокон с фиксированным размером кристаллитов по базисной плоскости и толщиной пакета с фиксированным числом базисных плоскостей, пропитанную композицией эпоксидной смолы, металлического порошка олова или оловянного баббита дисперсностью 5-100 мкм, дисульфида молибдена дисперсностью 0,6-0,7 мкм, взятого в соотношении к металлическому порошку 1:2. Компоненты материала взяты в соотношении : углеродная ткань 46,3-56,6, эпоксидная смола 37,8-46,3, порошок олова или оловянного баббита 3,8-4,9, дисульфид молибдена 1,9-2,45, при этом суммарное содержание металлического порошка и дисульфида молибдена составляет 5,7-7,35 мас.. Изобретение позволяет повысить прочность материала при сжатии, модуль упругости, снижения интенсивности изнашивания для деталей трения. 1 табл., 9 пр.

Наверх