Способ легирования поверхности трения политетрафторэтилена

 

Изобретение относится к области переработки пластмасс, а именно к переработке фторсодержащих полимеров. В способе легирования поверхности трения политетрафторэтилена прессованием порошкообразного материала с последующим спеканием на поверхность пресс-формы, оформляющую зону рабочего контакта деталей, наносят раствор полигетероарилена с последующей загрузкой порошкообразного фторопласта-4, прессованием под давлением 35-50 МПа и последующим спеканием при 370-380°С на воздухе. Целью настоящего изобретения является улучшение трибохимических свойств политетрафторэтилена при сохранении высоких деформационно-прочностных показателей.

Изобретение относится к области переработки пластмасс, а именно к переработке фторсодержащих полимеров, которые могут быть использованы в различных областях техники.

Известно (Чегодаев Д. Д. , Наумова 3.К., Дунаевская Л.С., Фторопласты, Ленинград, Госхимиздат, 1960, с. 192), что политетрафторэтилен (фторопласт-4) обладает целым рядом уникальных свойств, выделяющих его из всей массы остальных полимеров. Сюда следует, прежде всего, отнести его удивительную химическую инертность, объясняемую стабильностью фтора в соединениях с углеродом. Фторопласт-4 обладает также высокой термостойкостью и хладостойкостью, малой адгезией, очень низким коэффициентом трения и является прекрасным диэлектриком.

Вместе с тем, фторопласту свойственен ряд негативных качеств, ограничивающих его применение в узлах трения и уплотнений. Сюда, прежде всего, следует отнести "псевдотекучесть" материала, недостаточную износостойкость и низкую твердость.

Традиционный способ (Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С., Фторопласты, Издательство "Химия", Ленинградское отделение; 1978, с. 184-222), решения проблемы хладотекучести, износостойкости и твердости фторопласта-4 заключается в прессовании порошкообразного полимера с различными минеральными и углеродными наполнителями при комнатной температуре с последующим спеканием при 350-360^oC. Это позволяет в 200-1000 раз снизить износ подшипников, в несколько раз увеличить теплопроводность, в 5-10 раз увеличить твердость. Количество вводимых наполнителей обычно составляет 10-40% об., однако введение такого количества дисперсных наполнителей приводит к резкому снижению деформационно-прочностных показателей материала. Так для композиционного материала Ф4К20 (Горяинова А.В. и др., Фторопласты в машиностроении, Москва, Машиностроение, 1971, с. 43-51) на основе фторопласта-4 с 20% кокса наблюдается снижение разрушающего напряжения при разрыве 2 раза и относительного удлинения при разрыве в 3 раза по сравнению с исходным фторопластом-4.

Целью настоящего изобретения является улучшение трибохимических свойств политетрафторэтилена при сохранении высоких деформационно-прочностных показателей.

Цель изобретения достигается поверхностным легированием фторопласта-4 путем создания полимер-полимерной смеси состава политетрафторэтилен-полигетероарилен в зоне рабочего контакта.

В этом случае раствор полигетероарилена наносят на поверхность пресс-формы, оформляющую зону рабочего контакта детали, с последующей загрузкой порошкообразного фторопласта-4, прессованием под давлением 35-50 МПа при комнатной температуре и последующим спеканием при 370-380^oC на воздухе. В качестве полигетероариленов использовались ароматические полибензамидазолы, ароматические полиамиды, ароматические полиимиды и полибисмалеимиды.

Подобный способ модификации поверхности фторопласта-4 позволяет достичь требуемой толщины легированного слоя путем изменения концентрации раствора полигетероарилена, резко сократить расход дорогостоящих полигетероариленов (не более 2% от массы фторопласта-4).

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 24% раствор полибензимидазола (ПБИ) в диметилформамиде (ДМФА) наносят кистью на рабочую поверхность пресс-формы, формирующей поверхность трения детали. Затем пресс-форму заполняют тонко измельченным фторопластом-4, прессуют заготовку при удельном давлении 35 МПа при комнатной температуре. После выпрессовки проводят поверхностную прививку ПБИ к фторопласту-4 спеканием при 370^oC на воздухе. Время спекания выбирают из расчета 30 минут на 1 см толщины заготовки детали. Изделия с износостойким поверхностным ПБИ слоем имеют коэффициент трения 0,06 и износ 0,3 мг/час при P = 20 кг, V = 1 м/сек. Относительная износостойкость модифицированной поверхности превышает этот показатель чистого фторопласта-4 в 50 раз.

Пример 2. 30% раствор полиамидоимидной смолы (ПАИС) в ДМФА наносят кистью на рабочую поверхность пресс-формы, формирующей поверхность трения детали. Затем пресс-форму заполняют тонко измельченным фторопластом-4, прессуют заготовку при удельном давлении 40 МПа при комнатной температуре. После выпрессовки проводят поверхностную прививку ПАИС к фторопласту-4 спеканием при 375^oC на воздухе. Время спекания выбирают из расчета 30 минут на 1 см толщины заготовки детали. Изделия с износостойким поверхностным ПАИС слоем имеют коэффициент трения 0,05 и износ 0,4 мг/час при P = 20 кг, V = 1 м/сек. Относительная износостойкость модифицированной поверхности превышает этот показатель чистого фторопласта-4 в 40 раз.

Пример 3. 30% раствор полиамидобензимидазола (ПАБИ) в ДМФА наносят кистью на рабочую поверхность пресс-формы, формирующей поверхность трения детали. Затем пресс-форму заполняют тонко измельченным фторопластом-4, прессуют заготовку при удельном давлении 50 МПа при комнатной температуре. После выпрессовки проводят поверхностную прививку ПАБИ к фторопласту-4 спеканием при 380^oC на воздухе. Время спекания выбирают из расчета 30 минут на 1 см толщины заготовки детали. Изделия с износостойким поверхностным ПАБИ слоем имеют коэффициент трения 0,06 и износ 0,3 мг/час при P = 20 кг, V = 1 м/сек. Относительная износостойкость модифицированной поверхности превышает этот показатель чистого фторопласта-4 в 50 раз.

Легирование поверхности трения фторопласта-4 полигетероариленами позволит многократно повысить износостойкость изделий в узлах трения и уплотнениях, особенно при скоростях, превышающих 0,60 м/мин. При этом коэффициент трения практически не зависит от нагрузки и не превышает значений чистого фторопласта ( μ_тр = 0,05). Особенность физико-механических свойств полигетероариленов обеспечивают высокую твердость легированного слоя (твердость по Бринеллю 0,3-0,4 МПа) и более высокие прочностные показатели в сравнении с чистым фторопластом. При этом сохраняются высокие показатели диэлектрических свойств фторопласта-4.

Реализация предлагаемого технического решения не требует значительных инвестиций, так как позволяет широко использовать стандартное оборудование и оснастку для переработки пластмасс.

Формула изобретения

Способ легирования поверхности трения политетрафторэтилена прессованием порошкообразного материала с последующим спеканием, отличающийся тем, что на поверхность пресс-формы, оформляющую зону рабочего контакта деталей, наносят раствор полигетероарилена с последующей загрузкой порошкообразного фторопласта-4, прессованием под давлением 35 - 50 МПа и последующим спеканием при 370 - 380^oC на воздухе.