Фрикционная композиция и способ ее получения

 

Изобретение относится к фрикционным материалам на основе порошкообразной фенолоформальдегидной смолы (ФФС), которые находят применение в машиностроении. Композиция включает, мас.%: порошкообразную ФФС 15-21, олифу 2-5, волокнистый наполнитель 39-48, металлосодержащее соединение 8-23, углеродный наполнитель 2-7 и минеральную добавку. Композицию получают смешением ФФС, олифы, металлосодержащего соединения, углеродного наполнителя и минеральной добавки, а затем вводят волокнистый наполнитель в процессе перемешивания. Изобретение позволяет повысить износостойкость и текучесть композиции, снизить затраты на обработку и упростить процесс изготовления фрикционных изделий. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Группа изобретений относится к фрикционным материалам на основе порошкообразных фенолоформальдегидных смол и к способу их получения, используемых для изготовления фрикционных изделий, применяемых в машиностроении для различных отраслей народного хозяйства.

Известен пресс-материал фрикционного назначения и способ его получения - см. SU 359954 А, 15.08.1990. Пресс-материал содержит анилинофенолоформальдегидную смолу с нитрильным каучуком в соотношении от 4:1 до 5:1 в сочетании с целевыми добавками - асбестом, баритом, графитом и медным порошком. Согласно способу формовочную смесь для фрикционного материала изготавливают методом сухого смешения компонентов в смесителях закрытого типа.

Известна также полимерная композиция фрикционного назначения, включающая анилинофенолформальдегидную смолу, нитрильный каучук, асбест, барит, окись алюминия, медный порошок, бронзовую стружку и графит, в которой для повышения износостойкости дополнительно содержится фторид кальция. Получение фрикционной композиции осуществляют путем одновременного смешивания всех компонентов /см. SU 593468 A, 23.02.1991/.

Композиции, полученные известными способами, обладают недостаточной износостойкостью, имеют высокую твердость и низкую текучесть смесей, затрудняющие их переработку в технологическом процессе изготовления фрикционных элементов конструкций.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой группе изобретений являются фрикционная композиция и способ ее получения по SU 1114340 А, 15.09.1984 (прототип).

Известная фрикционная композиция на органической основе, включающая фенольную смолу, волокнистый наполнитель в виде асбеста или смеси стеклянных и минеральных волокон, металлосодержащее соединение в виде вещества из группы: цинк, бронза, медь, железо, окислы этих металлов и окись алюминия или окись их смеси, органический модификатор - вещество из группы: порошок семян анакардии, каучук, натуральный латекс, меласса, асфальт или их смесь, неорганический модификатор - вещество из группы бариты, мел, тальк, трепел, криолит, волластонит или их смесь и фрикционный модификатор - частицы или порошок угля и/или графита при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фенольная смола - 8 - 14 Волокнистый наполнитель - 25 - 34 Металлосодержащее соединение - 4 - 22 Органический модификатор - 1 - 7 Фрикционный модификатор - 18 - 34 Неорганический модификатор - Остальное Фрикционную композицию получают путем смешивания одновременно всех указанных компонентов до образования однородной смеси.

Недостатком известной композиции, полученной одновременным смешиванием компонентов, является низкая текучесть смеси и высокая твердость изготовленных из нее фрикционных изделий, затрудняющие переработку в технологическом процессе их производства, фрикционные изделия из этой композиции не обладают достаточной износостойкостью.

Техническая задача, положенная в основу группы изобретений, заключается в создании дешевой фрикционной композиции, обеспечивающей повышенную износостойкость изготовленных из нее изделий и обладающей улучшенными технологическими свойствами, способствующими снижению затрат на обработку и упрощению процесса изготовления фрикционных изделий.

Поставленная задача решается тем, что фрикционная композиция, включающая порошкообразную фенолоформальдегидную смолу, волокнистый наполнитель, металлосодержащее соединение, углеродный наполнитель и минеральную добавку, дополнительно содержит олифу при следующем соотношении компонентов, мас.%: Порошкообразная фенолоформальдегидная смола - 15 - 21 Олифа - 2 - 5
Волокнистый наполнитель - 39 - 48
Металлосодержащее соединение - 8 - 23
Углеродный наполнитель - 2 - 7
Минеральная добавка - Остальное
Композиция в качестве волокнистого наполнителя содержит - асбест, минеральные, синтетические волокна или их смеси, металлосодержащего соединения - порошки меди, железа, латуни, бронзовую, стальную стружку, а также дисперсные окислы металлов - алюминия, железа, хрома или их смеси, углеродного наполнителя - графит, уголь, технический углерод или их смеси, а минеральной добавки - барит, каолин.

Способ получения указанной фрикционной композиции, осуществляемый путем смешивания порошкообразной фенолоформальдегидной смолы, волокнистого наполнителя, металлосодержащего соединения, углеродного наполнителя и минеральной добавки, заключается в введении в смесь дополнительного компонента - олифы, перемешивании, последующем введении волокнистого наполнителя и перемешивании всей массы до однородного состояния. Введение в состав композиции олифы - дешевого доступного продукта позволяет повысить текучесть смесей, снизить твердость материала, повысить износостойкость фрикционных изделий. Достигается это тем, что олифа, являясь пленкообразующим веществом, содержащим растительные масла, на стадии переработки смесей выполняет роль мягчителя. В дальнейшем при термообработке материала она структурируется вместе со смолой, обеспечивая более эластичную структуру полимера, что ведет к снижению твердости полимера и повышению износостойкости.

Введение олифы в смесь указанных компонентов до введения волокнистого наполнителя обеспечивает ее равномерное распределение в изготовляемой композиции. По изобретению используют натуральную (льняную полимеризованную), комбинированную (марки "Оксоль") и синтетическую нефтеполимерную олифы.

Соблюдение количественного соотношения компонентов композиции и указанной последовательности операций способа ее получения позволяют создать новую дешевую композицию, обеспечивающую высокую износостойкость фрикционных изделий, достаточную текучесть и твердость материала, облегчающие и удешевляющие технологический процесс и изготовление фрикционных изделий.

Примеры рецептур известной и предлагаемой композиций, содержащие олифу и без нее, приведены в таблице 1. Физико-механические показатели композиций приведены в таблице 2.

Фрикционную композицию получают следующим образом.

Сухие компоненты: порошкообразную фенолоформальдегидную смолу, металлосодержащее соединение, углеродный наполнитель и минеральную добавку загружают в смеситель и перемешивают в течение 3-5 мин. Затем в работающий смеситель вливают олифу, продолжая перемешивание, и только потом загружают волокнистый наполнитель, продолжая процесс перемешивания до достижения смесью однородного состояния. После чего готовую смесь выгружают из смесителя. Для изготовления фрикционных изделий из полученной композиции смесь перерабатывают по любой известной технологии. Например, брикетируют заготовки в пресс-форме под давлением, затем подвергают горячему формованию при температуре 150-190^oС под давлением порядка 300-400 кГс/см.

Экспериментально установлено, что выход за указанные пределы мас.% соотношения компонентов фрикционной композиции, а также нарушение приведенной последовательности операций способа не обеспечивают положительного результата решения задачи.

Пример 1. В лопастной смеситель загружают в мас.ч.: фенолоформальдегидную смолу марки СФП-015А - 16, медный порошок - 10, латунную стружку - 4, глинозем - 4,5, графит - 1, углерод технический - 2, барит - 17,5 и каолин - 5, все перемешивают в течение 3 мин. Затем загружают асбест - 40 м.ч. и снова перемешивают до однородного состояния. Общее время перемешивания составляет 13 мин. Затем готовую смесь выгружают из смесителя.

Пример 2. В лопастной смеситель загружают, м.ч.: смолу СПФ-015А - 20, латунную стружку - 5, сурик железный - 2, глинозем - 4, графит - 3, барит - 19 и каолин - 5, перемешивают 5 мин, загружают асбест - 42 м.ч. и перемешивают еще 10 мин до однородного состояния смеси, которую затем выгружают из смесителя.

Пример 3. В лопастной смеситель загружают, м.ч.: смолу фенолоформальдегидную марки СФП-015А - 16, медный порошок - 10, латунную стружку - 4, глинозем - 4,5, графит - 1, углерод технический - 2, барит - 14,5 и каолин - 5, перемешивают в течение 3 мин. Потом в работающий смеситель вводят 3 м.ч. олифы "Оксоль", продолжая перемешивание, а затем загружают 40 м.ч. асбеста и перемешивают в течение 20 мин. Полученную однородную массу выгружают из смесителя.

Пример 4. В лопастной смеситель загружают, м.ч.: смолу СФП-015А - 20, латунную стружку - 5, сурик железный - 2, глинозем - 4, графит - 3, барит - 15, каолин - 5 и перемешивают в течение 5 мин. Затем вливают 4 м.ч. олифы "Оксоль" и, продолжая перемешивание, загружают 42 м.ч. асбеста. Перемешивают смесь в течение 10 мин до однородного состояния и выгружают из смесителя.

Пример 5. В лопастной смеситель загружали, м.ч.: смолу СФП-015А - 16, медный порошок - 10, латунную стружку - 4, глинозем - 4,5, графит - 1, углерод технический - 2, барит - 14,5 и каолин - 5, перемешивали в течение 3 мин. Затем в работающий смеситель влили 3 м.ч. льняной полимеризованной олифы, продолжая перемешивание, загрузили 40 м.ч. асбеста и перемешивали в течение 10 мин до однородного состояния смеси. Текучесть композиции составила 60 мм, твердость по Бринеллю - 270 МПа и объемный износ 0,3 /10^-12 м³/Дж/.

Пример 6. В лопастной смеситель загружали, м.ч.: смолу СФП-015А - 16, медный порошок, сурик железный - 2, глинозем - 4, графит - 3, барит - 15 и каолин - 5, перемешивали в течение 5 мин. Затем вводили 4 м.ч. льняной полимеризованной олифы и, продолжая перемешивать, загружали 42 м.ч. асбеста и перемешивали в течение 10 мин. Полученная композиция имела показатели: текучесть - 42 мм, твердость по Бринеллю - 260 МПа, линейный износ - 0,5 /10^-12 м³ /Дж/.

Пример 7. В лопастной смеситель загружали м.ч.: смолу СФП-015А - 16, медный порошок - 10, латунную стружку - 4, глинозем - 4,5, графит - 1, углерод технический - 2, барит - 14,5 и каолин - 5, перемешивали в течение 3 мин и в работающий смеситель вливали 3 м.ч. нефтеполимерной олифы. Продолжая перемешивание, загружали 40 м.ч. асбеста и перемешивали в течение 10 мин. Композиция имела показатели: текучесть - 55 мм, твердость по Бринеллю - 290 МПа и объемный износ 0,4 /10^-12 м³/Дж/.

Пример 8. В лопастной смеситель загружали следующие компоненты, м.ч.: смолу СФП-015А - 20, латунную стружку - 5, сурик железный - 2, глинозем - 4, графит - 3, барит - 15 и каолин - 5, перемешивали в течение 5 мин и затем вливали 4 м.ч. нефтеполимерной олифы. В работающий смеситель последним загружали 42 м.ч. асбеста и перемешивали в течение 10 мин. Текучесть композиции составила 38 мм, твердость по Бринеллю - 270 МПа и линейный износ - 0,6 /10^-12 м³ /Дж/.

Фрикционные композиции по примерам 1, 3, 5 и 7 используют для изготовления дисковых тормозов, а по примерам 2, 4, 6 и 8 - для накладок сцепления.

Показатели износа известной композиции и композиций по примерам определяли на образцах фрикционного материала для дискового тормоза /объемный износ/ и в натурном узле накладок сцепления /линейный износ/ за программу испытаний.

Результаты, приведенные в табл.2, показывают, что предлагаемая фрикционная композиция имеет лучшие показатели износа и текучести.

Формула изобретения

1. Фрикционная композиция, включающая порошкообразную фенолоформальдегидную смолу, волокнистый наполнитель, металлосодержащее соединение, углеродный наполнитель и минеральную добавку, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит олифу при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Порошкообразная фенолоформальдегидная смола - 15 - 21
Олифа - 2 - 5
Волокнистый наполнитель - 39 - 48
Металлосодержащее соединение - 8 - 23
Углеродный наполнитель - 2 - 7
Минеральная добавка - Остальное
2. Способ получения фрикционной композиции по п. 1 путем смешения порошкообразной фенолоформальдегидной смолы, волокнистого наполнителя, металлосодержащего соединения, углеродного наполнителя и минеральной добавки, отличающийся тем, что в смесь порошкообразной фенолоформальдегидной смолы, металлосодержащего соединения, углеродного наполнителя и минеральной добавки вводят олифу, перемешивают, а затем вводят волокнистый наполнитель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2