Фрикционное изделие

 

Фрикционное изделие относится к изделиям, работающим в условиях запыления абразивной пылью. Фрикционное изделие выполнено из полимерного фрикционного композита с ячеистой структурой матрицы с различной степенью наполнения ячеек и межъячейкового пространства. При этом размер ячеек выбран адекватным размеру шаржирующих частиц, воздействию которых подвергается изделие при эксплуатации, а размер частиц наполнителей меньше размера шаржирующих частиц. Благодаря этому снижается износ пары трения при эксплуатации изделия в условиях абразивной пыли.

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим полимерный композиционный фрикционный элемент и эксплуатирующимся во фрикционных узлах, работающих в условиях возможного запыления абразивной пылью, например песчаной пылью (колодки дисковых и барабанных тормозов автомобилей, тракторов; фрикционные изделия для различных машин и оборудования и др.).

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее фрикционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита с равномерно наполненной матрицей [1] . Существенные признаки аналогов "фрикционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является высокий износ фрикционного элемента и контртела при эксплуатации изделия в условиях абразивной пыли, например песчаной пыли, в результате эффекта вмятины за счет шаржирования фрикционного элемента.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее фрикционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита с равномерно наполненной матрицей, внутри которого равномерно размещены полимерные композиционные частицы [2] . Существенные признаки прототипа "фрикционный элемент с равномерно наполненной матрицей" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является высокий износ фрикционной пары (фрикционного элемента и контртела) при эксплуатации изделий в условиях абразивной пыли, например мелкой песчаной пыли, в результате эффекта вмятины за счет шаржирования фрикционного элемента.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение износа пары трения при эксплуатации изделия в условиях абразивной пыли путем снижения эффекта вмятины за счет снижения шаржирования фрикционного элемента.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, включающем фрикционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита, композит выполнен с ячеистой структурой матрицы с различной степенью наполнения ячеек и межъячейкового пространства, при этом размер ячеек адекватен размеру шаржирующих частиц, а размер частиц наполнителей меньше размера шаржирующих частиц.

Существенные признаки заявляемого изобретения "композит выполнен с ячеистой структурой матрицы с различной степенью наполнения ячеек и межъячейкового пространства, при этом размер ячеек адекватен размеру шаржирующих частиц, а размер частиц наполнителей меньше размера шаржирующих частиц" являются отличительными от признаков прототипа.

Фрикционное изделие содержит фрикционный элемент, изготовленный из полимерного фрикционного композита, содержащего полимерное связующее на основе смол и каучуков, различные волокнистые наполнители (минеральные, органические, и др. волокна) и дисперсные наполнители (окислы металлов, органические, минеральные порошки и др.). Полимерное связующее образует матрицу, имеющую ячеистую структуру, ячейки которой образованы термоструктурированными частицами наполненного эластомера, соединенными отвержденной, например бакелизованной, наполненной смолой. Степень наполнения эластомерного и смоляного составляющих матрицы различна, при этом большая степень наполнения целесообразна для смоляной составляющей матрицы (межъячейкового пространства). Однако возможно и другое соотношение, при этом обязательным условием является то, чтобы степень наполнения составляющих матрицы была различной. При этом размер ячеек выбран адекватным размеру шаржирующих частиц, воздействию которых подвергается изделие при эксплуатации, а размер частиц наполнителей (как в эластомерных ячейках, так и в отвержденной смоле) меньше размера шаржирующих частиц.

Конкретным примером заявляемого фрикционного изделия может являться фрикционная накладка, фрикционный элемент которой выполнен из полимерного фрикционного композита с ячеистой матрицей, ячейки которой выполнены из полимера со степенью наполнения 60 - 80% на базе бутадиеннитрильного каучука, содержащего до 60 - 80% баритового дисперсионного наполнителя. Смоляное составляющее матрицы выполнено на базе порошкообразного фенольного связующего со степенью наполнения ≈ 90%, например смолы СФП-012А, содержащей ≈ 70% порошкообразных (глинозем, барит, графит и др.) и ≈ 20% волокнистых (минеральная вата, стеклонить и др.) наполнителей. Другим конкретным примером заявляемого фрикционного изделия может являться фрикционная накладка, фрикционный элемент которой выполнен из полимерного фрикционного композита с ячеистой матрицей, ячейки которой выполнены из полимера со степенью наполнения 5 - 10% на базе каучука, содержащего 5 - 10% наполнителя. Смоляное составляющее матрицы выполнено на базе порошкообразного фенольного связующего со степенью наполнения ≈ 80% порошкообразными наполнителями.

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например следующим образом: порошкообразное фенольное связующее, представляющее собой смесь твердой фенолформальдегидной смолы и уротропина с добавками модифицирующих веществ, смешивается с частицами наполненного эластомера и другими наполнителями в смесителе барабанного типа, затем осуществляют формование изделия в пресс-форме, термообработку и, при необходимости, механическую обработку.

Выполнение фрикционного изделия из полимерного фрикционного композита с матрицей ячеистой структуры, имеющей различную степень наполнения ячеек и межъячейкового пространства, препятствует удержанию шаржирующей частицы во фрикционном изделии из-за неравномерности свойств материала при расширении лунки внедрения частицы. В результате из-за неодинакового удержания частицы различными частями лунки возрастает возможность ее удаления при взаимном перемещении фрикционного изделия и контртела (при фрикционном контакте). В результате снижается эффект вмятины и, соответственно, износ пары трения при эксплуатации изделия в условиях абразивной пыли. При этом размер ячеек должен быть адекватен размеру шаржирующих частиц, так как в случае если размер ячеек существенно больше размера частиц, то размер лунки внедрения после ее расширения также будет меньше размера ячейки и ее удержание в материале окажется равномерным. А в случае если размер ячейки будет значительно меньше размера шаржирующей частицы, то возможно образование лунки внедрения в размере двух (или нескольких) ячеек, что также обеспечит равномерное удержание шаржирующей частицы. Размер частиц наполнителей в межъячейковом пространстве должен быть меньше размера шаржирующих частиц. Если эти размеры будут одинаковыми или наполнители будут больше шаржирующих частиц, то при расширении лунки внедрения или уже в процессе внедрения шаржирующей частицы будет происходить вырыв частиц наполнителя, что увеличит износ пары трения.

Формула изобретения

Фрикционное изделие, включающее фрикционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита, отличающееся тем, что композит выполнен с ячеистой структурой матрицы с различной степенью наполнения ячеек и межъячейкового пространства, при этом размер ячеек адекватен размеру шаржирующих частиц, а размер частиц наполнителей меньше размера шаржирующих частиц.