Полимерный материал триботехнического назначения

Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к разработке полимерных композитов триботехнического назначения, которые могут быть использованы для изготовления подшипников скольжения и других элементов узлов трения, эксплуатируемых в условиях средних нагрузок и скоростей скольжения. Полимерный материал триботехнического назначения, содержащий политетрафторэтилен и наполнители, в качестве наполнителей содержит модифицированные углеродные волокна, механоактивированный вермикулит, ультрадисперсный политетрафторэтилен. Использование настоящего изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании, позволит увеличить износостойкость композиционного материала при сохранении деформационно-прочностных характеристик относительно ненаполненного ПТФЭ и повысить ресурс работы изделий в узлах трения машин и оборудования. 1 табл.

 

Полимерный материал триботехнического назначения

Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно, к разработке полимерных композитов триботехнического назначения, которые могут быть использованы для изготовления подшипников скольжения и других элементов узлов трения, эксплуатируемых в условиях средних нагрузок и скоростей скольжения.

Известны композиционные материалы для изготовления подшипников скольжения, торцевых уплотнений и других элементов узлов трения на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и неорганических наполнителей различной химической природы (см. Истомин Н.П., Семенов А.П. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторопластов. – М.: Наука, 1987. – 147 с.).

Известные материалы характеризуются недостаточной износостойкостью и, соответственно, малым ресурсом работы в условиях повышенных нагрузок и скоростей скольжения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу является антифрикционный полимерный композиционный материал включающий: политетрафторэтилен (86-95 мас. %); дисульфид молибдена (1,0-2,3 мас.%); скрытокристаллический графит (1,5-6,0 мас. %); углеродные нанотрубки (1,0-3,8 мас. %) (см. RU №2525492, МПК C08L 27/18, опубл. 20.08.2014).

Однако, относительно низкие показатели деформационно-прочностных характеристик известного композиционного материала существенно ограничивают области его применения.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение износостойкости композиционного материала на основе ПТФЭ при сохранении деформационно-прочностных свойств на уровне ненаполненного ПТФЭ.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в улучшении прочностных свойств полимерного композиционного материала, что позволит использовать изделия на его основе в узлах трения машин и оборудования.

Для решения поставленной задачи полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) дополнительно содержит следующие наполнители (в мас.%): модифицированные углеродные волокна (УВ) 6-10; слоистые силикаты – механоактивированный вермикулит 0,5-1,5; ультрадисперсный политетрафторэтилен (УПТФЭ) 0,8-1,2; политетрафторэтилен – остальное.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают улучшение износостойкости материала и расширение ассортимента полимерных композиционных материалов триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) – промышленный продукт марки ПН, получаемый в соответствии с ГОСТ 10007-80, и характеризуется со средним размером частиц 46-135 мкм, степенью кристалличности до спекания 95-98 %, после спекания 50-70 % и плотностью 2170-2190 кг/м3, температурой плавления 327°С.

В качестве углеродного наполнителя используются модифицированные дискретные углеродные волокна, например, марки «Белум». Диаметр волокон составляет 8-11 мкм, длина варьируется от 50-500 мкм. Технология получения промышленного волокна марки «Белум» разработана в ГНУ ИММС им. В.А. Белого НАН Беларуси.

Используемый вермикулит, например, якутского месторождения, представляет собой крупные пластинчатые кристаллы золотисто-жёлтого или бурого цвета. Химический состав отвечает приблизительной формуле (Mg+2,Fe+2,Fe+3)3[(Al,Si)4O10]·(OH)2·4H2O. При этом наполнитель подвергается предварительной механической активации в течение 7 мин на планетарной мельнице, например, типа «Активатор-2S». Предварительная обработка дисперсного наполнителя в планетарной мельнице ведет к механической активации, повышающей его структурную активность и усреднению дисперсного состава.

Также дополнительным наполнителем служит ультрадисперсный ПТФЭ (УПТФЭ), например, марки «Флуралит», получаемый на базе промышленного ПТФЭ методом термокаталитического разложения, и представляет собой мелкий рассыпчатый порошок белого цвета с содержанием частиц размерами менее 3 мкм – 98%, температурой плавления кристаллов – +286˚С, температурой разложения свыше 380˚С, коэффициентом трения по стали – 0,005.

Получение композиционного материала осуществляли известными способами. Смешивание компонентов полимерного композиционного материала проводился в лопастном смесителе со скоростью вращения лопастей 3000 об/мин до получения однородной массы. Образцы после смешивания и просеивания, монолитизировали по технологии холодного прессования в пресс-форме при давлении 50 МПа с последующим свободным спеканием при температуре 370±5°С (время выдержки 0,3 ч на 10-3 м толщины образца). Полученные изделия охлаждали в печи до 200°С со скоростью 0,03°С/сек с последующим свободным охлаждением до комнатной температуры.

Известно, что модифицированные углеродные волокна обладают высоким адгезионным взаимодействием к ПТФЭ (см. Shelestova V. A., Grakovich P. N., Zhandarov S. F. A fluoropolymer coating on carbon fibers improves their adhesive interaction with PTFE matrix // Composite Interfaces. – 2011. – Т. 18. – №. 5. – С. 419-440). Таким образом, введение дополнительных наполнителей в заявленных пределах позволяет сохранить деформационно-прочностные показатели полимерных композиционных материалов на уровне исходного ПТФЭ, при значительном увеличении износостойкости по сравнению с полимерными композиционными материалами без содержания дополнительных наполнителей (см. табл.).

При этом, улучшение износостойкости при сохранении деформационно-прочностных показателей обусловлено тем, что механоактивированный вермикулит и ультрадисперсный политетрафторэтилен в заявленных пределах обладают дополнительным структурирующим действием на полимерную матрицу с углеродными волокнами.

Пример. 90 г политетрафторэтилена, 8 г углеродного волокна, 1 г вермикулита, 1 г УПТФЭ смешивают в лопастном смесителе до получения однородной массы. Затем композицию помещают в пресс-форму и проводят прессование изделия при удельном давлении 50 МПа. Спекание проводят в электрической печи при температуре 370±5°С. Охлаждение спеченных изделий проводили непосредственно в печи.

Остальные примеры получения композиционного материала заявляемого состава приведены в таблице примеров.

Методики определения свойств композита.

Деформационно-прочностные свойства заявляемого триботехнического материала определены на стандартных образцах по ГОСТ 11262-80. Для этого испытания проводили на универсальной испытательной машине «AUTOGRAF» («Shimadzu AGS-J», Япония) при скорости перемещения подвижных захватов 100 мм/мин.

Массовый износ и коэффициент трения определяли на машине трения UMT-3 (CETR, США) по схеме трения «палец – диск», согласно ГОСТ 11629-75. Исследуемый образец – палец диаметром 10±0,5 мм, высотой 21±1 мм, контртело – стальной диск из стали марки 45 с твердостью 45-50 HRS, шероховатость R=0,06–0,08 мкм. Удельная нагрузка – 2 МПа, линейная скорость скольжения – 0,2 м/с. Время испытания 3 часа.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Таким образом, оптимальное суммарное содержание наполнителей составляет 8-12 мас.%, превышение которых может привести к снижению прочностных характеристик вследствие, например, агломерации наполнителей и формирования дефектной структуры.

Использование заявляемого изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании, позволит увеличить износостойкость до 1000 раз по сравнению с ненаполненным ПТФЭ при сохранении деформационно-прочностных характеристик относительно ненаполненного ПТФЭ и, как практический результат, повысить ресурс работы изделий в узлах трения машин и оборудования.

Таблица

Характеристики ПКМ, наполненных комплексным наполнителем

№№
п/п
Состав Содержание компонентов, мас.% Относительное удлинение при разрыве εр, % Прочность на разрыв σр, МПа Интенсивность изнашивания I×10-3, г/ч Коэффициент трения f
1. ПТФЭ 100 320 21 120-160 0,22
2. ПТФЭ+
УВ
94
6
290 22 0,50 0,27
3. ПТФЭ+
УВ
92
8
345 21 0,35 0,30
4. ПТФЭ+
УВ
90
10
351 20 0,35 0,39
5. ПТФЭ +
УВ+
Вермикулит
+УПТФЭ
92,5
6
0,5
1
334 22 0,26 0,24
6. ПТФЭ +
УВ+
Вермикулит
+УПТФЭ
90,5
8
0,5
1
264 20 0,23 0,24
7. ПТФЭ +
УВ+
Вермикулит
+УПТФЭ
88,5
10
0,5
1
295 20 0,22 0,25
8. ПТФЭ +
УВ+
Вермикулит
+УПТФЭ
92
6
1
1
343 18 0,15 0,27
9. ПТФЭ +
УВ+
Вермикулит
+УПТФЭ
90
8
1
1
339 18 0,12 0,27
10. ПТФЭ +
УВ+
Вермикулит
+УПТФЭ
98
10
1
1
324 17 0,12 0,29
11. ПТФЭ +
УВ+
Вермикулит
+УПТФЭ
91,5
6
1,5
1
298 19 0,14 0,30
12. ПТФЭ +
УВ+
Вермикулит
+УПТФЭ
89,5
8
1,5
1
266 18 0,11 0,30
13. ПТФЭ +
УВ+
Вермикулит
+УПТФЭ
87,5
10
1,5
1
244 18 0,13 0,31
14. ПТФЭ
СКГ
MoS2
УНТ
91,7
4,5
1,9
3,7
166* 17* 0,82 0,07

Прим.: *[Кропотин О. В., Машков Ю. К., Кургузова О. А. Создание полимерного антифрикционного нанокомпозита на основе политетрафторэтилена с повышенной износостойкостью // Омский научный вестник. – 2013. – №. 2 (120). – C. 86-90].

ПТФЭ – политетрафторэтилен, УПТФЭ – ультрадисперсный политетрафторэтилен, УВ – углеродное волокно, СКГ – скрытокристаллический графит, УНТ – углеродные нанотрубки, MoS2 - дисульфид молибдена.

Полимерный композиционный материал триботехнического назначения, содержащий политетрафторэтилен и наполнители, отличающийся тем, что в качестве наполнителей содержит модифицированные углеродные волокна, механоактивированный вермикулит, ультрадисперсный политетрафторэтилен, при этом соотношение компонентов составляет, в мас.%:

модифицированные углеродные волокна 6,0-10,0
механоактивированный вермикулит 0,5-1,5
УПТФЭ 1,0
политетрафторэтилен остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области получения нанокомпозиционных полимерных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками, а именно к радиационно-обработанным полимерным композиционным материалам антифрикционного и уплотнительного назначения на основе фторопластов.

Настоящее изобретение относится к фторполимерной покровной композиции и к изделию, имеющему поверхность с низким коэффициентом трения. Указанная фторполимерная композиция содержит диспергированные в воде частицы фторированного гомополимера, диспергированные в воде частицы фторированного сополимера, диспергированные в воде частицы нефторированного полимера и по меньшей мере одно азиридиновое соединение, содержащее по меньшей мере две азиридиновые группы.

Изобретение направлено на разработку двухстадийного способа получения массивных блочных изделий из суспензионного политетрафторэтилена и неагломерированных наночастиц наполнителя, представляющего собой молекулярный нанокомпозит на основе ультрадисперсного политетрафторэтилена и наночастиц диоксида титана или диоксида кремния, синтезированный из газовой фазы пиролизом с последующим осаждением аммиачной водой на первой стадии.
Изобретение относится к способу получения композиционных полимерных материалов, которые могут быть использованы для изготовления уплотнительных деталей. Способ получения полимерных композиций на основе политетрафторэтилена включает предварительное диспергирование минерального наполнителя флогопита и шпинели магния в планетарной мельнице.

Изобретение относится к смешанным композициям фторполимеров, используемым для получения покрытий. В состав композиции входят: низкомолекулярный политетрафторэтилен (LPTFE), имеющий среднечисловую молекулярную массу (Mn) менее 500000 и начальную температуру плавления (Tm) 332°C или менее, в виде жидкой дисперсии частиц со средним размером 1,0 мкм или менее, где жидкая дисперсия включает менее 1,0 вес.% поверхностно-активного вещества от массы дисперсии LPTFE, при этом дисперсию получают эмульсионной полимеризацией и ее не подвергают агломерации, деградации при воздействии температуры, или облучению, и перфторалкокси (PFA) в форме жидкой дисперсии частиц со средним размером частиц 1,0 мкм или менее и имеющий скорость течения в расплаве (MFR) по меньшей мере 4,0 г/10 мин, где содержание PFA в вышеуказанной композиции составляет от 37 до 65 вес.%, а содержание LPTFE составляет от 35 до 63 вес.% от общего содержания твердых веществ вышеуказанных LPTFE и PFA.

Настоящее изобретение относится к способу получения формовочного порошка политетрафторэтилена, а также к способу получения агломерированного продукта из политетрафторэтилена.

Изобретение относится к антифрикционным материалам. Антифрикционный композиционный материал на основе бронзофторопласта с наполнителем состоит из оловянно-свинцовистой бронзы, фторопласта и ультрадисперсных алмазов при следующем соотношении компонентов масс.%: фторопласт - 5-6; ультрадисперсные алмазы - 0,065-0,187; оловянно-свинцовистая бронза - остальное.

Изобретение относится к полимерной композиции конструкционного назначения на основе фторопласта и порошковых наполнителей и может быть использовано при изготовлении уплотнений для фланцевых соединений ёмкостей, содержащих агрессивные вещества, и устройств, работающих в агрессивной среде.

Изобретение относится к области получения резиновых смесей на основе перфторированных соединений, такие композиции предназначены для использования в качестве уплотнительных материалов в химической, нефтеперерабатывающей промышленности и микроэлектронике.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано для получения дисперсных низкомолекулярных фторуглеродных материалов при создании химически стойких и антикоррозийных покрытий.

Изобретение относится к литому изделию из композиционного материала с отвержденным полимерным связующим и введенными в него частицами наполнителя. В связующее (6) введены стохастически распределенные полиамидные волокна (8), причем волокна имеют длину 5-20 мм и диаметр 0,05-0,2 мм, и доля волокон (8) составляет 0,02-0,5 вес.% от полного веса литого изделия (1).

Шина (1) содержит: протектор (2), выполненный с протекторным рисунком (20), содержащим кольцевые канавки (25) и поперечные канавки (26) для удаления воды из пятна контакта между указанной поверхностью и шиной (1), каркас (3) шины, содержащий по меньшей мере один каркасный корд (30) и поясную конструкцию (32), область (5) борта, содержащую проволочный сердечник (50) борта, накладное кольцо (52) и конек (54), и боковину (4), содержащую наружный слой (41) боковины, косой восходящий участок накладного кольца (52), каркасный корд (30) и внутреннюю обкладку (31), при этом наружный слой (41) боковины, выполнен из резиновой смеси, содержащей 0,2-0,5 весовых % арамидного волокна с длиной волокна 1-5 мм.

Настоящее изобретение относится к способу получения композитного материала, армированного волокнами. Описан способ получения композитного материала, армированного волокнами, включающий стадию приведения в контакт (i) радикально-отверждаемой смолы, при этом смола представляет собой ненасыщенную полиэфирную смолу, винилэфирную смолу или (мет)акрилатную смолу, (ii) волокон с суммарным содержанием воды 0,5-20% по весу относительно суммарного веса волокон, (iii) по меньшей мере одного соединения, содержащего переходный металл, выбранного из соединений марганца, железа и меди, и (iv) пероксида.

Изобретение относится к армированному волокном полиамидному полимерному материалу, который имеет высокую жесткость и низкую гигроскопичность, а также является превосходным по пригодности для формования и механическим свойствам формованного изделия.

Изобретение относится к композиционным материалам на основе волокнистых наполнителей, в частности к термопластичным текстолитам листовым и профильным для использования в транспортной индустрии, машиностроении, коммунальном хозяйстве, строительстве.

Группа изобретений относится к волокну с покрытием для композитного изделия и способу изготовления волокна с покрытием. Последнее может включать тело волокна и матричный слой.

Изобретение относится к теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука, который может использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал содержит этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40, вулканизующие агенты серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, технический углерод, модифицирующую добавку, представляющую собой фосфорборазотсодержащий олигомер ФЭДА, и микроуглеродные волокна.

Изобретение относится к теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука, который может использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал содержит этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40, вулканизующие агенты серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации 2-меркаптобензотиазол, активаторы вулканизации оксид цинка и стеарин, технический углерод, модифицирующую добавку, представляющую собой фосфорборазотсодержащий олигомер, и смесь микросфер и микроуглеродных волокон.
Изобретение относится к полипропиленовой композиции для деталей, изготавливаемых литьем под давлением. Композиция содержит полипропилен, полиолефиновый эластомер, наполнитель из биологического сырья, синтетический наполнитель и минеральный наполнитель.

Изобретение относится к области создания полимерных связующих на основе эпоксивинилэфирного олигомера с наполнителем в виде коротких волокон для полимерных композиционных материалов (ПКМ), получаемых из листового полуфабриката (SMC-препрега) методом прямого прессования (sheet molding compound - SMC-технологии), которые могут быть использованы для изготовления предметов интерьера и объектов инфраструктуры.

Иммерсионная композиция относится к оптическому материаловедению и может быть использована в качестве иммерсионной жидкости в оптическом приборостроении для контроля параметров материалов и оптических деталей, в том числе крупногабаритных изделий сложной формы, а также в геологии и минералогии для контроля и маркировки образцов природных материалов.

Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к разработке полимерных композитов триботехнического назначения, которые могут быть использованы для изготовления подшипников скольжения и других элементов узлов трения, эксплуатируемых в условиях средних нагрузок и скоростей скольжения. Полимерный материал триботехнического назначения, содержащий политетрафторэтилен и наполнители, в качестве наполнителей содержит модифицированные углеродные волокна, механоактивированный вермикулит, ультрадисперсный политетрафторэтилен. Использование настоящего изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании, позволит увеличить износостойкость композиционного материала при сохранении деформационно-прочностных характеристик относительно ненаполненного ПТФЭ и повысить ресурс работы изделий в узлах трения машин и оборудования. 1 табл.

Наверх