Способ получения антифрикционной композиции

 

Способ получения антифрикционной композиции на основе политетрафторэтилена и ультрадисперсных неорганических наполнителей, заключающийся в смешении компонентов композиции в лопастном смесителе. При этом ультрадисперсный наполнитель дополнительно подвергают активации в планетарной мельнице АГО-2 с частотой вращения водила - 730 об/мин и частотой вращения барабанов - 1780 об/мин в течение 1-3 мин. Технический результат - улучшение физико-механических характеристик. 2 табл.

Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к получению композиционных полимерных материалов, отличающихся повышенной износостойкостью, эластичностью, для изготовления уплотнительных устройств, деталей подвижных узлов трения.

Известен способ получения антифрикционной композиции на основе ПТФЭ и ультрадисперсных неорганических наполнителей с использованием порошковой технологии [1] . Ультрадисперсные неорганические соединения, применяемые в качестве наполнителей, представляют собой твердые растворы оксидов и нитридов алюминия и кремния общей формулы Si_6-хAl_хN_8-х, где х= 0,8-4,0 ((β-сиалоны).

Способ заключается в сухом смешении ингредиентов композиции в лопастном смесителе в течение 2-5 мин при скорости 2000 об/мин с последующей переработкой композиции в изделия по стандартной технологии. Недостатком этого способа является получение композиций с неравномерным распределением наполнителя, наличием в композиции включений относительно крупных размеров за счет агломерации ультрадисперсных частиц наполнителя, что снижает его структурную активность по отношению к полимерной матрице и ведет к снижению прочностных характеристик материала.

Известен способ получения композиции антифрикционного назначения на основе ПТФЭ в процессе механохимического синтеза [2] . Способ заключается в совместной обработке ПТФЭ и наполнителя в планетарной мельнице - активаторе. Однако он имеет недостатки: композиции, полученные с использованием этого способа, отличаются повышенными износостойкими свойствами, но при этом происходит ухудшение физико-механических характеристик на 20-30%.

Техническим эффектом изобретения является получение антифрикционной полимерной композиции на основе ультрадисперсного неорганического наполнителя, подвергнутого механической активации.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения композиции дополнительно включает стадию предварительного диспергирования с одновременной механической активацией неорганического наполнителя в планетарной мельнице АГО-2 [3] в течение 1-3 мин за счет центробежных сил, возникающих при вращении барабанов вокруг общей и планетарной осей мельницы. Частота вращения водила - 730 об/мин; частота вращения барабанов - 1780 об/мин.

Предварительная обработка дисперсного наполнителя в планетарной мельнице ведет к механической активации, повышающей его структурную активность, приводящей к образованию кластерных структур из частиц наполнителя в объеме полимера, армирующих материал, и усреднению дисперсного состава наполнителя с более равномерным распределением частиц неорганических наполнителей в полимерном связующем. Диспергирование и более равномерное распределение частиц наполнителя в связующем регистрировали методами электронной микроскопии и рентгено-спектрального анализа. Повышение структурной активности наполнителя оценивали по энергии взаимодействия ультрадисперсных наполнителей с полимерной матрицей ΔH_взаим методом дифференциальной сканирующей калориметрии (см. табл. 1).

Увеличение абсолютного значения энтальпии взаимодействия свидетельствует о наличии максимально возможного числа контактов сегментов цепей макромолекулы полимера с активными участками поверхности наполнителя. В присутствии частиц с высокой поверхностной энергией формируется более однородная структура, приводящая к улучшению эксплуатационных характеристик материала.

Способ получения антифрикционной композиции осуществляется следующим образом: ультрадисперсный неорганический наполнитель, выбранный из ряда: оксид хрома, оксид циркония, цеолит, помещают в рабочие барабаны планетарной мельницы и подвергают активации за счет центробежных сил в течение 1-3 мин. Затем активированный наполнитель смешивают с полимером в лопастном смесителе в течение 1-2 мин при скорости 2000 об/мин.

Пример 4. Наполнитель оксид хрома активировали в планетарной мельнице в течение 1 мин, затем 2 г проактивированного наполнителя смешивали с 98 г ПТФЭ в лопастном смесителе.

Для исследования физико-механических и триботехнических свойств композиции изготавливали изделия с использованием стандартной технологии переработки ПТФЭ: холодное прессование при удельном давлении 50 МПа и свободное спекание при температуре 370±5^oС. Скорость нагрева, продолжительность выдержки при максимальной температуре и скорость охлаждения определяли, исходя из размеров изделия. Физико-механические характеристики: прочность при разрыве σ_p и относительное удлинение при разрыве ε_p, определяли на разрывной машине "Инстрон" по ГОСТ 11262-80. Трибологические испытания (линейный и массовый износ) определяли на машине трения СМЦ-2 по схеме "вал-втулка" при нагрузке 67 Н, скорости скольжения 0,39 м/с, пути трения 7-10 км, исследуемый образец - втулка (⊘ 34•26 мм, высотой 22 мм), контртело - сталь 3Х13.

Остальные примеры реализации заявляемого способа приведены в таблице примеров (табл. 2).

Использование данного изобретения позволяет получать композиции с повышенными износостойкими и физико-механическими показателями, что приведет к увеличению ресурса работы деталей узлов трения, изготовленных из нее.

Как видно из приведенных данных, использование стадии предварительного диспергирования при одновременной механической активации неорганического наполнителя привело к повышению износостойкости материала в 1,5-3,0 раза, значения относительного удлинения при разрыве - в 1,1 раза при некотором увеличении или практически полном сохранении прочностных показателей по сравнению с композициями, полученными известными способами.

Новым в способе является совмещение процессов диспергирования и механической активации наполнителя, а также определение временных параметров активации, при которых получаются материалы с высокими значениями эксплуатационных характеристик.

Формула изобретения

Способ получения антифрикционной композиции на основе политетрафторэтилена и ультрадисперсных неорганических наполнителей, заключающийся в смешении компонентов композиции в лопастном смесителе, отличающийся тем, что ультрадисперсный наполнитель дополнительно подвергают активации в планетарной мельнице АГО-2 с частотой вращения водила - 730 об/мин и частотой вращения барабанов - 1780 об/мин в течение 1-3 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2