Фрикционный материал



Фрикционный материал
Фрикционный материал
Фрикционный материал

 


Владельцы патента RU 2552752:

Государственное научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси" (BY)

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам триботехнического назначения и может быть использовано в машиностроении для изготовления деталей узлов трения, обеспечивающих высокий и стабильный в течение длительного времени коэффициент трения, преимущественно фрикционных элементов размоточно-намоточных механизмов. Фрикционный материал включает, мас.%: измельченное базальтовое волокно 2,0-10,0; сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом 2,0-12,0; металлический наполнитель 8,0-24,0 и политетрафторэтилен - остальное. В качестве металлического наполнителя используют железо карбонильное силицированное или/и хромоникелевый сплав. Материал изготавливают путем механического смешения компонентов. Изделия получают методом холодного прессования при давлении 50-60 МПа с последующим спеканием заготовок при температуре 375±5°C. Время выдержки при температуре определяют из расчета 5 мин на 1 мм толщины изделия. Изобретение позволяет повысить величину и стабильность коэффициента трения при сохранении высокой механической прочности, износостойкости и теплостойкости материала. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Фрикционный материал

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам триботехнического назначения и может быть использовано в машиностроении, металлургии, производстве химических волокон для изготовления деталей узлов трения, обеспечивающих высокий (0,3-0,4) и стабильный в течение длительного времени коэффициент трения, преимущественно фрикционных элементов размоточно-намоточных механизмов.

Для выполнения многих технологических операций: волочение проволоки, изготовление металлокорда, синтетических и стеклянных волокон, бумаги, обоев и др. широко применяются размоточно-намоточные станки и механизмы. Одним из главных узлов таких устройств является механизм торможения, обеспечивающий постоянное натяжение перематываемого материала. Этот эффект достигается стабилизацией силы трения между фрикционным элементом и вращающимся стальным контртелом. Главное отличие таких фрикционных элементов от применяющихся в тормозах и муфтах сцепления заключается в том, что они работают при стационарных режимах трения, т.к. должны обеспечивать не кратковременное, а длительное постоянное значение силы трения в условиях изменяющихся инерционных масс, скорости вращения, фрикционного разогрева трущихся деталей и т.д.

Известна полимерная композиция, включающая (мас. %): политетрафторэтилен (ПТФЭ) 75-77; кокс 10-15; базальтовое волокно 3-6; дисульфид молибдена 3,5-6,5 и аэросил с удельной поверхностью 270-330 м2/г 1-3 [1]. Недостатком композиции являются невысокий и нестабильный коэффициент трения при трении по стали, что делает данную композицию неэффективной для изготовления деталей фрикционного назначения.

Известна композиция, включающая (мас. %): сухую смазку (графит) 5-15; измельченное волокно (базальтовое) 3-5; модификатор, выбранный из группы, включающей: N,N′-м-фенилендималеимид, N,N′-гексаметилендималеимид и N,N′-(метилен-ди-п-фенилен)дималеимид 3-10 и ПТФЭ [2]. Известная композиция обладает низким коэффициентом трения и не может обеспечить требуемый момент трения во фрикционных узлах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является композиционный материал, включающий (мас. %): сухую смазку (графит, дисульфид молибдена) 0,5-7,0; сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом 2,0-10,0; измельченное базальтовое и/или углеродное волокно 2,0-6,0; дисперсный металлический наполнитель - бронзовую пудру 5,0-30,0; модификатор, выбранный из группы, включающей: N,N′-м-фенилендималеимид, N,N′-гексаметилендималеимид, N,N′-(метилен-ди-п-фенилен)дималеимид 1,0-5,0 и ПТФЭ [3]. Известный материал пригоден для изготовления фрикционных элементов в механизмах стационарного трения, однако из-за низкого значения коэффициента трения (0,10-0,12) он эффективен только в узком диапазоне нагрузок (0,5-1,5 МПа). Кроме этого материал не обладает достаточной стабильностью коэффициента трения в течение длительного времени при изменении скорости перемотки, нагрузки и температуры в узле трения.

Задачей изобретения является повышение величины и стабильности коэффициента трения при сохранении высокой механической прочности, износостойкости и теплостойкости фрикционного материала.

Поставленная задача решается за счет того, что фрикционный материал, включающий измельченное базальтовое волокно, сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, дисперсный металлический наполнитель и политетрафторэтилен, согласно изобретению в качестве дисперсного металлического наполнителя содержит железо карбонильное силицированное или/и хромоникелевый сплав при следующем соотношении компонентов, мас. %:

измельченное базальтовое волокно 2,0-10,0
сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом 2,0-12,0
металлический наполнитель 8,0-24,0
политетрафторэтилен остальное,

а также за счет того, что он содержит железо карбонильное силицированное и хромоникелевый сплав в массовом отношении 1:(0,2-0,4).

Сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом с химической формулой

имеет более низкую по сравнению с ПТФЭ молекулярную массу, температуру плавления и поэтому более полно переходит в вязкотекучее состояние. При спекании ПТФЭ сополимер заполняет микропустоты, возникающие в матрице ПТФЭ, что обеспечивает высокую механическую прочность и износостойкость. Ведение сополимера в композицию в количестве менее 2 мас. % не приводит к заметному улучшению свойств материала, а введение в количестве более 12 мас. % снижает его теплостойкость. В заявляемом фрикционном материале использовали сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом торговое название «Фторопласт-4МБ», марки «П» (ТУ 301-05-73-90) с молекулярной массой 120000-200000, производитель ООО «Завод полимеров КЧХК» (г. Кирово-Чепецк).

Измельченное базальтовое волокно (длина моноволокон в пределах 50-120 мкм) является армирующим элементом, повышающим механическую прочность полимерной матрицы и существенно снижающим текучесть материала под нагрузкой. Кроме того, использование в композиции базальтового волокна приводит к повышению коэффициента трения и его стабилизации. При введении в материал волокна в количестве менее 2 мас. % снижается механическая прочность изделий, а введение волокна более 10 мас. % не приводит к дополнительному улучшению механических и триботехнических показателей, но вызывает технологические трудности при смешении композиционного состава и обеспечении его гомогенности.

Введение в композицию силицированного карбонильного железа или хромоникелевого сплава обеспечивает высокую теплопроводность материала, однако в отличие, например, от бронзовой пудры приводит к существенному повышению стабильности коэффициента трения. Введение металлического наполнителя в количестве менее 8,0 мас. % не обеспечивает достаточной теплопроводности материала, а введение более 24,0 мас. % приводит к снижению механической прочности композиционного материала. Экспериментально обосновано, что наиболее эффективно с точки зрения стабилизации коэффициента трения и обеспечения высокой износостойкости использовать смесь указанных металлических наполнителей при массовом отношении железа карбонильного силицированного и хромоникелевого сплава 1:(0,2-0,4). При уменьшении содержания хромникелевого сплава менее 0,2 от массы железа карбонильного силицированного, а также при увеличении его содержания более 0,4 синергический эффект от их совместного применения не наблюдается.

Предлагаемый состав фрикционного материала обеспечивает новый механизм стабилизации коэффициента трения. В известных аналогах реализуется следующий механизм трения. При трении композиционного материала по стальному контртелу на поверхности последнего формируется пленка фрикционного переноса, свойства которой определяют триботехнические характеристики пары трения в целом. Особенно интенсивно пленки фрикционного переноса на стальном контртеле формируют полимеры, сухие слоистые смазки, а также медь и медные сплавы. По мере трения пленки переноса увеличиваются по площади и толщине, а затем срываются и удаляются с поверхности трения в виде частиц износа. Такой процесс защищает металлическое контртело от износа, однако приводит к нестабильности триботехнических параметров, особенно при изменении скорости, температуры и нагрузки, когда механизм фрикционного переноса изменяется.

В заявляемом материале не содержится сухих смазок и медьсодержащих сплавов, поэтому изменяется и механизм трения. Пленки переноса формируются преимущественно полимерным связующим. В условиях постоянного деформирующего воздействия жестких частиц металлического наполнителя, образующаяся на поверхности стального контртела полимерная пленка ориентируется в направлении скольжения, прочно закрепляется на сопряженной поверхности вследствие повышенной адгезии к металлу сополимера Ф-4МБ и при отсутствии конкурирующих процессов переноса других компонентов композиции стабилизируется по толщине уже на начальной стадии фрикционного контакта. Предложенный механизм трения заявляемого композиционного материала обусловливает, по нашему мнению, стабильность и необходимую величину коэффициента трения.

При изготовлении материала по изобретению использовали железо карбонильное силицированное марки ВК-С и хромоникелевый сплав марки ПРХ20Н80. Фрикционный материал изготавливали следующим образом. Базальтовое волокно измельчали в дисковой мельнице до размера моноволокон в диапазоне 50-120 мкм и загружали в смеситель вместе с остальными порошкообразными компонентами. После смешения до получения однородной массы из полученного порошка методом холодного прессования при давлении 50-60 МПа изготавливали заготовки изделий и образцы для испытаний. Полученные заготовки загружали в электропечь и спекали при температуре 375±5°C. Время выдержки при температуре определяли из расчета 5 мин на 1 мм толщины изделия. Охлаждение образцов производили в печи.

Фрикционные материалы конкретных составов приведены в таблице 1.

Триботехнические испытания проводили на машине трения СМТ-1 по схеме вал-вкладыш при нагрузке 2 МПа и скорости скольжения 1 м/с. Вкладыш изготавливали из исследуемого материала. В качестве вала использовали ролик из стали 45 диаметром 40 мм с исходной шероховатостью Ra ≤ 0,32 мкм. Теплостойкость по Вика определяли по ГОСТ 15088-83. Ползучесть (хладотекучесть) под статической нагрузкой определяли путем выдержки цилиндрического образца диаметром 13 мм и высотой 15 мм под нагрузкой 4 МПа в течение 48 ч. За количественную меру ползучести принимали абсолютное уменьшение размера образца в мм.

Сравнительные свойства предлагаемого материала и прототипа приведены в таблице 2.

Как следует из представленных данных, предлагаемый материал обладает более высоким и более стабильным коэффициентом трения, чем прототип. Остальные показатели у материала по изобретению не ниже, чем у известного материала.

Контрольные примеры 1 и 11 показывают, что выход содержания компонентов за заявляемые пределы приводит к ухудшению всех показателей. Контрольный пример 12 показывает, что замена в составе материала железа карбонильного силицированного на железо карбонильное восстановленное (химически чистое железо) приводит к снижению величины и стабильности коэффициента трения. Из примеров 5, 6, 7 следует, что использование не чистых порошков металлов, а их смеси в заявляемом соотношении приводит к дополнительной стабилизации коэффициента трения. Контрольные примеры 9 и 10 показывают, что при соотношении железа карбонильного силицированного и хромникелиевого сплава менее 1:0,2 и более 1:0,4 снижается стабильность коэффициента трения. Таким образом, только полное сочетание отличительных признаков приводит к достижению положительного результата.

Предлагаемый материал был использован для изготовления фрикционных колодок в механизмах торможения волочильных и канатных машин на ряде предприятий РБ. Материал показал высокие эксплуатационные свойства, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию «промышленная применимость».

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1692996, C08L 27/18, C08J 5/16, С08К 13/04, 1991.

2. Патент РБ №7862, C08J 5/16, C08L 27/18, 2006.

3. Патент РБ №15256, C08J5/16,C08L27/18, 2011 - прототип.

1. Фрикционный материал, включающий измельченное базальтовое волокно, сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, дисперсный металлический наполнитель и политетрафторэтилен, отличающийся тем, что в качестве дисперсного металлического наполнителя содержит железо карбонильное силицированное или/и хромоникелевый сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%:

измельченное базальтовое волокно 2,0-10,0
сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом 2,0-12,0
металлический наполнитель 8,0-24,0
политетрафторэтилен остальное

2. Фрикционный материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит железо карбонильное силицированное и хромоникелевый сплав в массовом соотношении 1:(0,2-0,4).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сшиваемой фторкаучуковой композиции, которая может давать сшитое каучуковое изделие, например герметизирующий материал. Композицию, содержащую фторкаучук и соединение, выраженное формулой: (Х-)х(Z-)zY, сшивают, образуя сшитое каучуковое изделие.

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, к производству резинотехнических изделий и может быть использовано для вулканизации резиновых смесей на основе фторкаучуков.

Изобретение относится к фторполимерным дисперсиям, содержащим неароматическое полиольное соединение. Соединение состоит (i), как минимум, из одного неароматического полиольного соединения, имеющего, как минимум, один многоатомный элемент с, как минимум, двумя гидроксильными группами и, как минимум, одним длинноцепочным элементом, имеющим, как минимум, 6 атомов углерода, и (ii), как минимум, из одного фторполимера, имеющего повторяющиеся элементы, полученные из фторированного олефина.

Изобретение относится к пероксидному фторполиэфиру и фторсодержащей дисперсии, полученной полимеризацией фторсодержащих мономеров в присутствии пероксидного фторполиэфира в качестве поверхностно-активного вещества.

Изобретение относится к способу и установке деполимеризации фторполимеров. .
Изобретение относится к антипригарным фторполимерным поверхностным покрытиям с улучшенной стойкостью к истиранию. .

Изобретение относится к технологической добавке для экструзии полиолефинов или термопластических смол. .
Изобретение относится к области производства композиционных защитных прорезиненных материалов, используемых для изготовления защитной одежды, а также средств защиты органов дыхания человека, включая самоспасатели, дыхательные мешки изолирующих противогазов.

Изобретение относится к кабельной технике, а именно полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженной горючестью, выделением дыма в условиях горения и тления и хлористого водорода при горении, предназначенным для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.

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

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к пластифицированным композициям на основе поливинилхлорида для кабельного пластиката. .

Изобретение относится к полимерным композициям на основе поливинилхлорида, которые могут быть использованы для изготовления пленочных материалов, линолеума, изоляции, защитных оболочек, проводов, кабелей и других изделий технического назначения.
Изобретение относится к способу получения латексов путем периодической радикальной полимеризации одного или нескольких этиленовоненасыщенных мономеров, включающему участие в полимеризации: (а) одной или нескольких тонких дисперсий одного или нескольких тонкодиспергированных мономеров и (b) одного или нескольких затравочных латексов одного или нескольких затравочных полимеров, а также к способу получения смолы из латексов, подвергающихся обработке таким образом, чтобы извлечь из них полимер или полимеры в виде смол.

Изобретение относится к составу синтетической смолы, имеющей устойчивость к разрушению под действием тепла. .

Изобретение относится к составам связующих для пропитки стеклотканевых материалов, используемых в качестве межрамных ограждений крепи горных выработок. .

Изобретение относится к стабилизирующим смесям и может быть использовано для стабилизации пастообразующего эмульсионного поливинилхлорида. .
Изобретение относится к полимерным композиционным материалам триботехнического назначения и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения, торцевых уплотнений и других материалов узлов трения.
Наверх