Гибкий листовой фрикционный материал "трибонит"

 

Изобретение относится к изготовлению изделий, предназначенных для работы во фрикционных механизмах транспортных средств, в тормозных узлах якорно-швартовых механизмов плав-средств, других отраслях машиностроения. Описывается гибкий листовой фрикционный материал "Трибонит", включающий бутаден-нитрильный каучук, фенолформальдегидную смолу, вулканизующую группу, железный сурик и асбест в качестве наполнителя. Он дополнительно в качестве наполнителя содержит лигнинную муку или ее смесь с графитом и дополнительно в качестве пластификатора - олигоэфиракрилат или его смесь со стеаратом кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%: бутадиен-нитрильный каучук 5,0-30,0, фенолформальдегидная смола 5,0-25,0, вулканизующая группа 1,0-5,0, железный сурик 5,0-50,0, лигнинная мука или ее смесь с графитом 1,0-50,0, пластификатор 1,0-20,0, асбест - остальное. Полученный материал обладает повышенными прочностными показателями, способен работать в условиях трения и обеспечивает стабильный коэффициент трения в интервале температур 250 - 350^oC и агрессивных средах. 6 табл.

Изобретение относится к производству фрикционных материалов, в частности к изготовлению изделий, предназначенных для работы во фракционных механизмах автомобилей и сельскохозяйственных машин, в тормозных узлах якорношвартовых механизмов судов, и может быть использовано в других отраслях машиностроения.

Известна полимерная композиция/авторское свидетельство СССР N 689246 C 08 L 9/06, C 08 K 5/16, 1991 г./ для уплотнения изделий на базе бутадиен /метил/ стирольного каучука. Композиция включает вулканизующую группу, наполнитель и асбест. С целью повышения стойкости резин указанной композиции к действию нефтепродуктов, композиция дополнительно содержит ариламиноалкиловый эфир α,β ненасыщенной кислоты. Компоненты берутся в следующем соотношении, вес.%: Бутадиен (метил)стирольный каучук - 9,0 - 15,0 Ариламиноалкиловый эфир α,β ненасыщенной кислоты - 0,1 - 2,0 Вулканизующая группа - 0,3 - 1,0 Наполнитель - 20,0 - 35,0 Асбест - Остальное до 100,0 Недостатком указанной композиции является низкие упругоэластичные и эксплуатационные качества материалов, изготовленных из указанной полимерной композиции.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является состав /авторское свидетельство СССР N 883092 C 08 L 9/06, C 08 K 3/22, 1981 г./ для получения прокладочного материала, включающий бутадиен-нитрильный каучук, дифенилоксидфенолмальдегидную смолу или крезофенилформальдегидную смолу, вулканизующую группу и асбест.

В состав указанного прокладочного материала дополнительно вводят железный сурик. Компоненты берутся в следующем соотношении, вес. %: Бутадиен-нитрильный каучук - 18,0 - 22,0 Дифеноксидфенолформальдегидная смола - 3,0 - 10,0 Вулканизующая группа - 1,2 - 2,9
Железный сурик - 30,0 - 34,0
Асбест - Остальное до 100,0
Указанный материал имеет меньшую сжимаемость при давлении и большую упругую отдачу после снятия давления. Материал, изготовленный с применением указанного состава, используют в виде прокладок для уплотнения затворов вентильных промышленного назначения, работающих в среде воды и пара при температурах до 225^oC и давлении не более 1,6 МПа.

Недостатком указанного состава, изготовленного по приведенной рецептуре, является невозможность использования прокладочного материала при температуре 250 - 350^oC.

Кроме того, использование указанного состава материала и изделий, изготовленных на его основе, не обеспечиваtт получения фрикционно-износных показателей и поэтому применение их в условиях трения невозможно.

В основу настоящего изобретения поставлена задача усовершенствования рецептуры прокладочного материала путем модификации состава наполнителей и введения пластификатора, что позволит улучшить технологические свойства материала и создавать материал, способный работать в условиях трения, обладающий повышенными прочностными свойствами, незначительным линейным износом и стабильным коэффициентом трения при работе в агрессивных средах и температурах до 350^oC.

Поставленная задача достигается тем, что гибкий листовой фрикционный материал, включающий бутадиен-нитрильный каучук, фенолформальдегидную смолу, вулканизующую группу, железный сурик, асбест, наполнитель и пластификатор, согласно изобретению в качестве наполнителя содержит лигнинную муку или ее комбинацию с графитом при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Бутадиен-нитрильный каучук - 5,0 - 30,0
Фенолформальдегидная смола - 5,0 - 25,0
Вулканизующая группа - 1,0 - 5,0
Железный сурик - 5,0 - 50,0
Лигнинная мука или ее смесь с графитом - 1,0 - 50,0
Пластификатор - 1,0 - 20,0
Асбест - Остальное до 100,0
В качестве пластификатора материал дополнительно содержит олигоэфиракрилат.

Известно, что увеличение площади контакт наполнителя с полимерным связующим приводит к упрочению композиции. Лигнин благодаря развитой ароматической структуре и наличию различных функциональных групп используют в предложенном материале как наполнитель.

Повышение усиливающих качеств наполнителей достигается благодаря уменьшению размера их частиц. Процесс сушки и измельчения лигнина, то есть преобразования его в лигнинную муку, значительно уменьшает его размеры и увеличивает содержание свободных гидросильных групп. А это в свою очередь увеличивает его способность образовывать развитие структуры и, как следствие, приводит к упрочнению композита.

В состав гибкого листового фрикционного материала "Трибонит" введена смесь лигнинной муки с графитом.

Доказано, что при взаимодействии углерода /основной составной части графита/ с кислородом и водородом, которые адсорбированы на поверхности графита, образуются активные функциональные группы, благодаря которым при вулканизации становится возможным взаимодействие серы и графита, который таким образом может входить в пространственную решетку /структуру/ полимерного связующего. То есть введение указанного ингредиента обеспечивает получение нового качественного показателя и, как следствие, обеспечивает использование предложенного материала в условиях трения.

Использование графита в составе фрикционных материалов уменьшает уровень шума при работе тормозных механизмов и повышает теплопроводность, что способствует отводу тепла из зоны трения и таким образом, обеспечивает надежную работу тормозов при повышении температуры до 350^oC.

Материалы, используемые в триботехнической отрасли, содержат связующее - каучук, фенолформальдегидную смолу и их комбинацию. Повышение температуры в условиях эксплуатации вызывает деструкцию связующего, в результате которой на поверхности трения появляется жидкая фракция, действующая как смазка, что в свою очередь, приводит к снижению коэффициента трения.

Атмосферный воздух, действующий как окислитель, при повышении температуры способствует термоокислительной деструкции связующего.

Введение, согласно предложенного технического решения, в состав гибкого листового фрикционного материала лигнинной муки, действующей одновременно как стабилизатор термоокислительного старения каучука и как наполнитель, в реальных условиях эксплуатации уменьшает деструкцию связующего, что дает возможность достичь стабилизации коэффициента трения в широком интервале температуры. Благодаря наличию в структуре лигнинной муки реакционноспособных групп его используют и как модификатор для повышения адгезионных качеств, что обуславливает равномерное распределение усиливающих компонентов смеси и, как следствие, обеспечивает равномерный износ материала в условиях эксплуатации.

Таким образом, наличие указанного отличительного признака в составе гибкого листового фрикционного материала "Трибонит" обеспечивает использование предложенного материала при температурах 250 - 350^oC, увеличивает его прочностные качества и обеспечивает работу предложенного материала в условиях трения.

Введение в состав гибкого листового прокладочного материала "Трибонит" олигоэфиракрилата - пластификатора временного действия - снижает вязкость системы, повышает ее пластичность во время переработки, что приводит к снижению энергозатрат на изготовление смеси и снижению температуры смешения, предупреждая преждевременную вулканизацию.

Важной особенностью олигоэфиракрилата является его ограниченная совместимость с каучуком. Во время технологической переработки они мигрирует на поверхность фрикционной массы, в результате чего уменьшается налипание смеси на поверхность валков при вальцевании.

Олигоэфиракрилат образует на поверхности частиц наполнителей слой поверхностно-активных веществ, который способствует диспергированию и равномерному распределению наполнителей во фрикционном материале, образуя прочную связь наполнителей и каучука, что повышает физико-механические показатели вулканизатов.

Олигоэфиракрилат, выполняя роль временного пластификатора во время смешения фрикционной массы и вальцевания, способен, кроме того, при вулканизации образовывать неплавкие и нерастворимые полимерные трехмерные структуры, выполняя роль полимерного связующего.

Таким образом, наличие указанного отличительного признака улучшает технологические свойства процесса изготовления гибкого листового фрикционного материала, повышает прочностные показатели вулканизатов, что дает возможность использования его в условиях трения.

Использование в составе гибкого листового фрикционного материала "Трибонит" каучуко-смоляного связующего в смеси с лигнинной мукой и олигоэфиракрилатом обеспечивает получение материала, который обладает стабильным коэффициентом трения и, вместе с тем, обладает значительной стойкостью к сгибу, качество, которое значительно расширяет спектр использования предложенного материала. Традиционно используемые триботехнические материалы не обладают стойкостью к сгибу и в условиях эксплуатации наблюдается образование микротрещин.

Согласно предложенному техническому решению был изготовлен гибкий листовой фрикционный материал "Трибонит" и разработаны рецептуры фрикционных композиций, которые содержат традиционно используемые и предлагаемые ингредиенты для изготовления широкого спектра триботехнических изделий.

Изготовление гибкого листового фрикционного материала "Трибонит" и триботехнических изделий на его основе производилось по традиционной технологии.

Материал, изготовленный по предлагаемой рецептуре, опробован в лабораторных условиях и в условиях эксплуатации по традиционным и специально разработанным методикам.

Физико-износные характеристики получены на машине трения И-77 в режиме стационарного трения, идентичные характеристики получены при работе в агрессивных средах.

Физико-механические качества предложенной композиции приведены в таблицах 1 - 4.

Дорожные испытания изделий, изготовленных из предложенного материала, проводились методом сравнения на серийном мотоцикле "Днепр-16". Торможение осуществлялось тормозом заднего колеса при скорости движения 60 км/час. Результаты испытаний приведены в таблице 5. Очень важным результатом испытаний оказалось то, что снижение эффективности торможения в дождливую погоду не наблюдалось. Тормозной путь накладок, изготовленных из предложенного материала меньше, чем у серийно изготавливаемых накладок, а износ на уровне серийных.

В таблице 6 приведены примеры рецептур композиций, предлагаемых для изготовления гибкого листового фрикционного материала. Композиции включают традиционно используемые компоненты и предлагаемые в соответствии с заявляемым изобретением.

Для изготовления гибкого листового фрикционного материала "Трибонит" используют композиции на основе каучуко-смоляного связующего, включающего бутадиен-нитрильный каучук марки СКН-26АСМ /ТУ-38.10.3495-91/ или СКН-26СМ /ТУ-38.103.247-90/ и фенолформальдегидную смолу марок СФП-011Л, СФП-015В / ТУ6-05-1370-90, ОСТ6-05-441-78/или марок СФ-342А, СФ-312 /ТУ6-07-487-05/, ГОСТ 18694-80. В состав вулканизующей группы предлагаемой композиции входят: вулканизующий агент - сера /ГОСТ 127-76/, активатор вулканизации - белила цинковые /ГОСТ 202-84/, ускоритель вулканизации - 2,2 дибензтиазолдисульфид /ГОСТ 7084-75/, антискорчинг - фталевый ангидрид /ГОСТ 7119-78/. В качестве наполнителя при изготовлении композиции используют сурик железный /ГОСТ 8135-74/ и асбест /ГОСТ 12871-93/. Согласно предлагаемому изобретению, в состав композиции дополнительно вводят новый наполнитель - лигнинную муку /ТУ ОП64-11-123-89/ или ее комбинацию с графитом /марки ГЛ, ГОСТ 5279-74/.

В состав предлагаемый композиции в качестве пластификатора дополнительно вводят олигоэфиракрилат /ТУ6-01-948-74/, возможно в сочетании со стеаратом кальция /ТЦ6-14-722-76/.

Материал "Трибонит", изготовленный по предлагаемой рецептуре, прошел испытания при эксплуатации в тормозных узлах якорно-швартовых механизмов судовых грузоподъемных механизмах и получил одобрение в Российском Морском Регистре судоходства.

Результаты испытаний, проведенные в таблицах 1 - 5, свидетельствуют, что предлагаемый гибкий листовой фрикционный материал "Трибонит" имеет высокие эксплуатационные показатели.

Предложенный гибкий листовой фрикционный материал обладает лучшими технологическими свойствами, повышенными прочностными показателями, и позволяет получать изделия, способные работать в условиях трения, обладающие стабильным коэффициентом трения при температурах, достигающих 350^o, а также сохраняющие свои качества при работе в агрессивных средах.

Формула изобретения

Гибкий листовой фрикционный материал "Трибонит", включающий бутадиен-нитрильный каучук, фенолформальдегидную смолу, вулканизующую группу, железный сурик и асбест в качестве наполнителя, отличающийся тем, что он дополнительно в качестве наполнителя содержит лигнинную муку или ее смесь с графитом и дополнительно в качестве пластификатора - олигоэфиракрилат или его смесь со стеаратом кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Бутадиен-нитрильный каучук - 5,0 - 30,0
Фенолформальдегидная смола - 5,0 - 25,0
Вулканизующая группы - 1,0 - 5,0
Железный сурик - 5,0 - 50,0
Лигнинная мука или ее смесь с графитом - 1,0 - 50,0
Пластификатор - 1,0 - 20,0
Асбест - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3