Износостойкая полимерная композиция

 

Использование: изготовление изделий технического назначения, работающих в условиях сухого трения по металлу. Сущность изобретения: композиция содержит, мас.ч.: термопластичный полиуретан 100; фторорганическая добавка из класса перфторэфиров формулы Н-С (СР2-СРг)з-НЬ}з 0,2- 0,5; базальтовая мука 15-35. Компоненты композиции смешивают в смесителе типа пьяная бочка, гомогенизация компонентов производится в двухшнековом экструдере в расплаве при 473-483 К. Эктрудат гранулируют . Изделия получают на термопластавтомате Свойства композиции: массовый износ 0,0005-0,0008 г/ч, коэффициент трения 0,20- 0,27, температура в зоне трения 30-35°С, микротвердость 1,5-2,3 МПа, относительное удлинение 401-550%. 2 табл. ч. Ё а 00 S ел приводных ремнях, втулках, кольцах, различных уплотнительных элементах. Известна полиуретановая композиция, содержащая в качестве минерального дисперсного наполнителя окись титана при соотношении компонентов, мас.ч.: Термопластичный полиуретан 100 Окись титана1-10

СОЮЗ COBFTCKVlX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспУБлик (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 4873231/05 (22) 12.10.90 (46) 30.08.92. Бюл. N 32 (71) Московский химико-технологический институт им. Д.И.Менделеева и Институт элементоорганических соединений им.

А,Н.Несмеянова (72)Л.Ф.Клабукова, Е.А,Подорожко, А,П.Краснов, И.К,Таратута, Л,Н.Малинин, Г.Е.Крайненков, В,П.Столяров и Ю.Н,Студнев (56) Ананьев B.Ê. Регулирование свойств термопластичных полиуретанов в процессах переработки с целью получения изделий с улучшенными эксплуатационными характеристиками, Дис, на соиск. уч,ст, к,т.н„Владимир 1983, Авторское свидетельство СССР

¹ 1432075, кл. С 081 75/04, С 09 D 3/72, 1988. . Керча Ю.Ю„Редько В.И„Копуева Л,А, и др. Структура и механические свойства эластичных полиуретановых композиций с антифрикционными добавками, — Пласт. массы, 1987, № 12, с.31-33.

Тростянская Е.Б., Кутырев Ю.В. Базальтопласты. — Пласт. массы, 1976, ¹ 11, с,45.

Крагельский И.В, Трение и износ, M.;

Химия, 1968, с.374.

Изобретение относится к композициям высокомолекулярных соединений, в частности к композициям на основе термопластичного полиуретана, фторорганической добавки и минерального дисперсного наполнителя, и может найти применение в изделиях технического назначения, работающих в условиях сухого трения по металлу, например (Я)5 С 08 J 5/16, С 08 (75/04,С 08 К 13/04/l

// (С 08 К 13/04, 5:06, 7:24) (54) ИЗНОСОСТОЙКАЯ ПОЛИМЕРНАЯ

КОМПОЗИЦИЯ (57) Использование: изготовление изделий технического назначения, работающих в условиях сухого трения по металлу, Сущность изобретения: композйция содержит, мас.ч.: термопластичный полиуретан 100; фторорганическая добавка из класса перфторэфиров формулы Н-С {C(OCH?(CF2 — CF2)a — HQ)g 0,20,5; базальтовая мука 15 — 35, Компоненты композиции смешивают в смесителе типа

"пьяная бочка", гомогенизация компонентов производится в двухшнековом экструдере в расплаве при 473-483 К. Эктрудат гранулируют. Иэделия получают на термопластавтомате

Свойства композиции: массовый износ

0,0005 — 0,0008 r/÷, коэффициент трения 0,200,27, температура в зоне трения 30-35 С, микротвердость 1,5 — 2,3 Н10 МПа, относительное удлинение 401 — 550 (,. 2 табл, приводных ремнях, втулках, кольцах, различных уплотнительных элементах.

Известна полиуретановая композиция, содержащая в качестве минерального дисперСного наполнителя окись титана при.соотношении компонентов, мас.ч.:

Термопластичный полиуретан 100

Окись титана 1 — 10

1758045

Данная композиция обладает высокой износостойкостью и прочностью при растяжении (47 МПа), однако отмечено также высокое значение остаточного удлинения (50-70 /), низкое значение относительного удлинения (9-12 g.

Известна также полиуретановая композиция, которая содержит, мас.ч,:

Термопластичный полиуретан 100

Окись кремния 1 — 7

Эпоксидная смола 2,005 — 12,025

Данная композиция обладает высокой прочностью при растя>кении (23 — 25 МПа), абразивной износостойкостью (истирание

40-50 см /кВт ч), низким значением остаточного удлинения (11-13 Д). Однако при этом. имеет место низкое значение показателя текучести расплава 2,2 — 2;6 г/10 мин.

Наиболее близкая к предлагаемой по достигаемому эффекту композиция включа ет термопластичный полиуретан и фторопласт-4-при соотношении компонентов, мас.ч.;

Термопластичный полиуретан 100

Фторопласт-4 20

Данная композиция обладает удовлетворительным показателем эластичности

{220-250 Д) и высокой прочностью, Однако при трении такой композиции наблюдается широкий интервал изМененйя величины коэффициента трения (0,3-0,6) и сравнительно высокая температура в зоне фрикционного контакта (50 С).

Кроме того, композиция обладает недостаточной износостойкостью (0,0030 r/÷), микротаердостью поверхностного слоя, имеет неудовлетворительные значения показателя текучести расплава, что ограничивает прйменение такой композиции как износостойкой.

Цель изобретения — повышение износостойкости, увеличение срока эксплуатации изделий на основе полиуретаноаой компо. зиции за счет стабилизации коэффициента трений, снижения температуры в зоне фрикционного контакта, повышения микротвердости поверхностного слоя и улучшения технологичности композиции.

Поставленная цель достигается тем, что в композиции, содержащей термопластич ный полиуретан и фторорганическую добавку, в качестве фторорганической добавки она содержит соединение иэ класса перфторэфироа формулы н С-1С(ОСн2 (СГ2 С 2)з н)з)з

20

30 добавки более 0,5 мас,ч, не происходит

35 дальнейшее улучшение комплекса свойств

55 и дополнительно содержит базальтовую муку в качестве наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Термопластичный полиуретан 100

Фторорганическая добавка 0,2-0,5

Базальтовая мука 15 — 35

Использование вышеуказанной фторорганической добавки в составе полимерных композиций не известно, Известно использование базальтового волокна а качестве наполнителя в полимерных композициях на основе термореактивных смол в целях повышения прочности и термостойкости.

Неожиданный аффект от применения базальтовой муки в предлагаемой композиции состоит не только в том, что базальтовая мука придает высокие прочностные характеристики и твердость, но и в том, что отмечается значительное снижение (в 2-3 раза) и стабилизация коэффициента трения, снижение температуры в зоне фрикционного контакта при высокой стойкости к изнашиванию. Улучшенная технологичность предлагаемого материала позволяет перерабатывать его такими высокопроизводительными методами как литье под давлением и экструзия.

Изобретение иллюстрируется примерами, представленными а табл.1 и 2, При введении в композицию фторорганической материала (пример 11). Поэтому в целях экономии ценного сырья нецелесообразно вводить бол ьшее количество добавки.

Содержание в композиции фторорганической добавки в количестве менее 0,2 мас.ч. создает трудности для равномерного распределения ее в массе полимера и, как следствие, увеличивается нестабильность свойств композиционного материала (пример 10)..

При введении более 35 мас,ч. базальтовой муки происходит ухудшение фрикционных, прочностных и технологических свойств материала (пример 12). Содержание базальтовой муки в композиции в количестве менее 15 мас.ч. не позволяет достичь желаемого комплекса свойств материала (пример 9).

Фторорганическая добавка представляет собой полифторалкиловые эфиры метатрикарбоноаой кислоты, выпускаемой по

ТУ вЂ” 044 — 64-90,общие характеристики которой: молекулярная масса 2123 — 2077, плотность 1730-1540 г/см, рН 6-7, 1758045

В качестве наполнителя взята базальтовая мука со средним размером частиц 5-15 мкм; полученная путем измельчения в шаровой мельнице в течение 2 ч отходов при производстве супертонких базальтовых волокон (PCT УССР-1970 — 86), Для изготовления композиций берут промышленный термопластичный полиуретан марки ВИТУР Т-1413 — 85 по ТУ 6 — 55221 †1057 вЂ, Композицию получают следующим образом, Термопластичный полиуретан в виде мелких гранул размером не более 3 — 5 мм высушивают в вакуумном шкафу при 343353 К до влажности 0,7,, что можно проводить как перед стадией получения композиции, так и после нее непосредственно перед переработкой в иэделия, Введение фторорганической добавки осуществляли на смесителе типа "пьяная бочка" емкостью 20 кг со скоростью вращения 60 o6/мин. углом наклона оси 30, с загрузкой 1/2 общего объема в течение 2030 мин, Загрузка наполнителя и смешение проводится в течение 20 мин в тех же условиях, Дальнейшая гомогениэация компонентов осуществляется в двухшнековом зкструдере в расплаве при температуре 473 — 483 К (диаметр шнеков 30 м 10, отношение длины к диаметру шнека 20), Экструдат в форме жгута диаметром 2 — 3 м 10 подвергали резке на цилиндрические гранулы высотой 3-5 м 10 с помощью ножевого гранулятора.

Изделия получают на термопластавтомате при температуре 433-383 К, продолжительность цикла литья от 40 до 120 с, время выдержки под давлением 10-15 с, время охлаждения в форме 35-80 с.

Состав композиций приведен в табл.1.

Определение коэффициента трения и массового износа композиций проводили на машине торцового трения И-47 на литьевых обэоаэцах в виде диска диаметром 22 м 10, высотой 6 м 10, Контртелом служила втулка из стали ЗХ-13. Испытания проводили при скорости вращения 200 об/мин и нагрузке 0,05-0,07 МПа, Массовый износ образцов определяли путем их взвешивания через каждые 1800 с испытаний, Физико-механические свойства композиций оценивали с помощью ряда стандартных методов испытаний по ГОСТ 270-75 на литьевых образцах в виде лопатки.

Свойства композиций приведены в табл.2.

Из данных табл.2 видно, что положительный эффект от применения фтороргани10 ческой добавки и мелкодисперсного базальтового наполнителя в предлагаемой композиции состоит в увеличении износостойкости, снижении и стабилизации коэффициента трения, температуры в зоне

15 фрикционного контакта в условиях сухого трения по стали, а также в улучшении прочностных и реологиеских характеристик.

Свойства композиций, представленйые в табл.2, свидетельствуют о том, что предла20 гаемая композиция имееттакое же высокое разрушающее напряжение, что и прототип.

Однако относительное удлинение, значение микротвердости поверхностного слоя п ред.ставленной композиции превышает анало25 гичные величины прототипа, а также отмечен более стабильный коэффициент трения и улучшение реологических характеристик.

30 Формула изобретения

Износостойкая полимерная композиция, содержащая термопластичный полиуретан и фторорганическую добавку, о тл и35 ч à ю щ а я с я тем, что, с целью повышения износостойкости, увеличения срока эксплуатации изделий на ее основе и улучшения технологичности композиции, она содержит в качестве фторорганической добавки сое40 динение из класса перфторзфиров формулы

Н-С {С(О СН2 — (СР2-CFz)a-Н)з}з

0,2-0,5

15 — 35 и дополнительно содержит базальтовую му45 ку в качестве наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас,ч.:

Термопластичный полиуретан 100

Фторорганическая

50 добавка

Базальтовая мука

1758045

Таблица 1

Таблица 2 таасооама иа- кезфИЦИЕНт

Пример

Температура в эоне трения. Trp. С тЛикротаерлость Н.10 . йлПа

Остаточное удлинение, е„к, Относительное удлинение. 7;

Прочность п ри растяжении, ор. МПа

Показатель текучести pac-

nnasa, r/t0 мин нос, r/÷ трения, fmp

Составитель Е.Подорожко

Редактор H.Êèøòóëèíåö Техред M.Mîðråíòàë Корректор С,Пекарь

Заказ 2971 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государс венного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2

4

6

8

ll

12

0.0005

0.0005

0.0005

0.0005

0.0008

0,0008

0,0005

0.0006

0,0012

0.0010

0.0019

0,0015

0,0030

0.20-0,22

0,20ч1.22

0.20-0.22

0,20-0,25

0.25-0.27

0.25-0,27

0,20-0.22

0.20-0,25

О. 3 5-0.50

0.25-0,40

0,20-0.30

0,35-0.45

0.30-0,60

ЗЗ

ЗЗ

33

34

48

42

1.7-2.3

1,7-2,2

1.7-2.2

1.7-2.2

1.7-2.2

1,5-2,0

1,5-1.9

t,7-2,1

1,1-1.4

1,6-2.2

1,5-2,0

1,8-2,3

0.8-0,9

21

23

22

24

21

24

23

19

l9

23

18

432

401

523

438

235

32

42

68

59

7,69

S,03

20.38

22.38

19.02

19.53

8.01

22,12 ,5.98

10,50

23,t5

15.10

3.80