Композиционный материал для триботехнических покрытий

 

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении для изготовления триботехнических покрытий в узлах трения, эксплуатируемых как со смазкой, так и без смазки. Задачей изобретения является повышение триботехнических характеристик покрытий на основе полиамидов и обеспечение высокого уровня адгезионных характеристик покрытий на немодифицированных металлах. Поставленная задача решается тем, что композиционный материал на основе полиамидной матрицы и углеродного наполнителя в качестве полиамидной матрицы содержит модифицированный полиамид - порошкообразный продукт криогенного измельчения термомеханически совмещенной смеси полиамида 6 и полиэтилена в соотношении 10:10,1, а в качестве углеродного наполнителя - смесь углеродных компонентов графитоподобной и алмазоподобной модификации и углеграфитового волокна в соотношении 1:1:201:1:40. 2 табл.

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении для изготовления триботехнических покрытий деталей узлов трения машин и механизмов различного функционального назначения.

В современных конструкциях машин и механизмов широко применяют композиционные материалы, из которых изготавливают различные покрытия, в т.ч. противоизносные и антифрикционные. Такие покрытия разработаны на основе полимерных матриц различного состава и строения - полимерных, полиолефиновых, полиэфирных и т.п. В состав полимерных матриц вводят различные модификаторы - порошки сухих смазок, оксидов, металлов, силикатов и других веществ, которые изменяют прочностные, адгезионные, триботехнические, теплофизические характеристики [1] . Содержание дисперсных наполнителей в полимерной матрице составляет от 1 до 40%, что позволяет в широких пределах регулировать служебные характеристики композиционных материалов. Однако введение большого количества наполнителя затрудняет способность композиционного покрытия формировать однородные малодефектные покрытия на металлах. При малом содержании традиционных наполнителей не обеспечивается требуемый технический эффект.

Известны антифрикционные покрытия на основе полимерных матриц, главным образом полиамидных, в состав которых в качестве функциональной добавки введен порошкообразный полиолефин [2]. При повышении температуры в зоне трения полиолефин, имеющий более низкую температуру плавления, чем полиамид, образует на пятнах фактического контакта пленку расплава, обладающую свойствами смазки. Такие покрытия обеспечивают высокую износостойкость узлов трения, эксплуатируемых как без смазки, так и с внешней смазкой. Однако наличие в составе композиционного материала полиолефина в виде изолированной фазы резко снижает прочность адгезионного соединения с металлическими подложками. Поэтому требуются специальные методы подготовки поверхности металлических деталей для обеспечения необходимого уровня адгезионной прочности покрытий. Это существенно усложняет технологический процесс нанесения покрытий и увеличивает их стоимость.

Прототипом изобретения является композиционный материал на основе полиамида 11, в состав которого введены антифрикционные и противоизносные добавки [2]. Для обеспечения необходимой прочности адгезионного соединения покрытия с металлической подложкой последнюю обрабатывают раствором специального адгезива - праймера на основе олигомера эпоксидной смолы. После термообработки адгезива в диапазоне температур 280-350oС в течение 5-20 мин формируется подслой, который обеспечивает химическое взаимодействие макромолекулы полиамида и металлической подложки. Недостатком прототипа является: - отсутствие отечественного производства полиамида 11, что обуславливает необходимостью импорта данного компонента; - недостаточно высокий уровень адгезии покрытия к модифицированным поверхностям; - высокая энергоемкость технологического процесса нанесения покрытий и повышенная экологическая опасность, обусловленная применяемыми растворителями и продуктами деструкции праймера в процессе его термообработки; - низкие триботехнические характеристики покрытий, особенно при трении без внешней смазки.

Задачи, на которые направлено изобретение: - повышение триботехнических характеристик покрытий на основе полиамидов; - обеспечение высокого уровня адгезионных характеристик покрытий на немодифицированных металлах.

Поставленные задачи решаются тем, что в качестве матрицы покрытия используют модифицированный полиамид, представляющий собой порошкообразный продукт криогенного измельчения термомеханически совмещенной смеси полиамида 6 и полиэтилена в соотношении 10:10,1, а в качестве углеродного наполнителя - смесь углеродсодержащих компонентов различных модификаций - графитоподобной, алмазоподобной и углеграфитового волокна в соотношении 1:1:201:1:40 при следующем содержании компонентов, мас.%: Углеродный наполнитель - 0,11 - 10,5 Модифицированный полиамид - Остальное до 100 Составы композиционных материалов для триботехнических покрытий согласно прототипу [1] и изобретению приведены в таблице 1.

В качестве полиамида 11 использовали продукт, поставляемый фирмой ELF ATOCHEM, Франция, под торговой маркой Rilsan. В качестве полиэтилена низкого давления использовали порошкообразный продукт Каплен (Россия).

В качестве полиэтилена высокого давления использовали полиэтилен, производимый Новополоцким ПО "Полимир". В качестве свервысокомолекулярного полиэтилена использовали Хостален ГУР (GUR 4120) производства фирмы Вауеr.

Продукт криогенного измельчения на основе полиамида 6 получали следующим образом. Механическую смесь гранул полиамида 6 (Гродненский ПО Химволокно) и полиэтилена подвергали термомеханическому совмещению в экструдере шнекового типа при температурах 240-280oС с последующей грануляцией. Полученные гранулы подвергали криогенному измельчению в мельнице роторного типа, используя в качестве криогенного агента жидкий азот. Полученную механическую смесь фракций отсеивали до получения продукта с размером частиц 80-100 мкм. В качестве углеграфитового волокна использовали волокно марки "Вискум" производства Светлогорского ПО "Химволокно". Волокно измельчали на мельнице дисмембраторного типа до получения фракции с размером 50-80 мкм. В качестве компонентов углеродного наполнителя использовали промышленный продукт марки УДАГ, выпускаемый ЗАО "Синта". Соотношение алмазоподобной и графитоподобной фракции в продукте УДАГ составляет 1:1. При необходимости в состав УДАГ вводят недостающее количество графитоподобной или алмазоподобной модификации. Дисперсность наночастиц продукта УДАГ составляла 310 нм.

Для получения составов композиционных материалов использовали полимерные порошки с размером частиц не более 100 мкм. Компоненты перемешивали в смесителе барабанного типа до получения однородного состава. Покрытия наносили методом псевдоожиженного слоя из воздушной взвеси композиционного материала. В качестве подложки использовали образцы из стали 60 ПП, предварительно обезжиренные и нагретые до температуры 250-280oС. Подготовленные образцы помещали в механическую взвесь, в результате чего наблюдалось осаждение частиц композита и их оплавление с формированием покрытия. Полученные образцы исследовали по истечении 24 часов по общепринятым методикам. Триботехнические испытания проводили по схеме "палец-диск" при скорости скольжения 1 м/с и нагрузке 510 МПа. Покрытие наносили на торцовую часть металлического образца из стали 45. Испытания проводили без смазки и со смазкой маслом МС-20, которую подавали в зону трения с помощью фитиля. Адгезионную прочность покрытия оценивали методом отслаивания под углом 180o.

Триботехнические и прочностные характеристики покрытий, полученных из композиционных материалов по прототипу и заявленным составам, приведены в таблице 2. Как следует из данных таблицы 2, заявленные составы в заявленном соотношении компонентов (составы II -IV, VIII, IX) превосходят прототип по прочностным и триботехническим характеристикам. Превышение заявленного содержания (состав V) не дает дополнительного эффекта, а уменьшение содержания (состав I) приводит к снижению эффекта. Применение вместо продукта криогенного измельчения термомеханической смеси ПЭНД+ПА6 механической смеси ПА11 и ПЭНД (состав VII) или механической смеси ПА6 и ПЭНД (состав VI) приводит к резкому снижению показателей прочностных и адгезионных характеристик. Отсутствие в составе наноразмерных частиц углерода (состав X) и замена их на частицы обычного графита (состав X) снижает прочностные и триботехнические характеристики покрытий на металлах.

Таким образом, заявленные составы в заявленном соотношении компонентов превосходят прототип по комплексу физико-механических, триботехнических и адгезионных характеристик.

Сущность изобретения состоит в следующем. Термомеханическое совмещение полиамида 6 и полиэтилена приводит к образованию сополимерного продукта, который обладает более высокой термодинамической совместимостью по сравнению с механической смесью компонентов в аналогичных соотношениях. Введение в состав полимерной матрицы наночастиц углерода обеспечивает дополнительное взаимодействие макромолекул ПА6 и полиэтилена вследствие ориентирующего действия собственных силовых полей. Ориентация приводит к образованию квазикристаллических структур в аморфной части полимерной матрицы, что увеличивает прочность композиции и адгезионное взаимодействие покрытия с металлической подложкой. Дополнительное введение в композит углеграфитового волокна упрочняет его и повышает триботехнические характеристики как при трении со смазкой, так и без смазки. Высокие показатели адгезионных характеристик присущи заявленным составам не только при нанесении их на модифицированную поверхность металла, но и на необработанную. Это позволяет формировать покрытие за один технологический цикл и резко снижает энергоемкость процесса.

Таким образом, заявленный состав обладает признаком изобретения по критериям технического и технологического эффекта.

Источники информации
1. Довгяло В. А. , Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных полимеров. - Минск: Наука и техника, 1992 - 256 с.

2. Designing for Rilsan coatings. - ELF ATOCHEM, Paris, 1999. -P. 18. - прототипв


Формула изобретения

Композиционный материал для триботехнических покрытий на основе полиамидной матрицы и углеродного наполнителя, отличающийся тем, что он содержит в качестве полиамидной матрицы модифицированный полиамид, представляющий собой порошкообразный продукт криогенного измельчения термомеханически совмещенной смеси полиамида 6 и полиэтилена в соотношении 10:10,1, а в качестве углеродного наполнителя смесь углеродных компонентов графитоподобной и алмазоподобной модификации и углеграфитового волокна в соотношении 1:1:201:1:40 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углеродный наполнитель 0,11-10,5

Модифицированный полиамид Остальное до 100

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения атмосферостойких порошковых покрытий на металлических или неметаллических поверхностях в результате нанесения порошковой облицовочной композиции с последующим ее плавлением и отвердеванием, в котором применяют порошковую облицовочную композицию, включающую гидроксил и/или карбоксил, содержащие полиэфирные смолы с кислотными структурными блоками исключительно или, главным образом, на основе ароматических дикарбоновых кислот, их ангидридов и/или сложных эфиров, а также полифункциональные низкомолекулярные эпоксиды в качестве сшивающих агентов, причем плавление и отвердевание осуществляют под воздействием NIR излучения в ближней инфракрасной области спектра 800-1200 нм в течение 1-200 с

Изобретение относится к лакокрасочным материалам и предназначено для получения защитно-декоративных покрытий по неметаллическим подложкам в строительстве и в быту, для внутренней окраски зданий и сооружений по кирпичным, бетонным, отштукатуренным, деревянным и другим пористым поверхностям

Изобретение относится к отверждению порошкообразных лаков на металлических и неметаллических субстратах облучением под действием излучения в ближней инфракрасной области (БИК-излучение)
Изобретение относится к изготовлению порошковых отделочных покрытий для металлических и неметаллических подложек, таких как деревянные и пластмассовые подложки, стекло и керамика

Изобретение относится к порошковым полимерным композициям на основе твердых эпоксидных смол и карбоксилсодержащих полиэфирных смол, полученных с использованием отходов ПЭТФ, которые применяются для защитно-декоративных покрытий металла и металлоизделий от коррозии

Изобретение относится к лакокрасочным составам, в частности к порошковым редиспергируемым композициям, предназначенным для получения защитно-декоративных покрытий по неметаллическим подложкам, а также для внутренней окраски зданий и сооружений по кирпичным, бетонным, отштукатуренным, деревянным и другим пористым поверхностям

Изобретение относится к лакокрасочным составам, в частности, к порошковым редиспергируемым композициям, предназначенным для получения защитно-декоративных покрытий по неметаллическим подложкам, а также для внутренней окраски зданий и сооружений по кирпичным, бетонным, отштукатуренным, деревянным и другим пористым поверхностям

Изобретение относится к области получения порошковых эпоксидных композиций для матовых покрытий, которые находят применение в радиоэлектронной, электротехнической и других отраслях промышленности, где необходима защита изделий, в том числе из нетермостойких материалов покрытиями с хорошими физико-механическими и декоративными свойствами

Изобретение относится к области порошковых композиций полиэтилена высокого давления, предназначенных для формирования антикоррозионных покрытий на металлах, с улучшенными эксплуатационными свойствами

Изобретение относится к способу получения порошкообразных композиций для покрытий с использованием низкомолекулярного инертного соединения в качестве вспомогательного вещества

Изобретение относится к области технологии полимерных функциональных материалов и может быть использовано в машиностроении для нанесения покрытий на детали узлов машин, механизмов и транспортных систем, прежде всего, фланцевых соединений транспортных систем
Изобретение относится к области получения покрытий, а именно к композиционному материалу для формирования триботехнических покрытий

Изобретение относится к термоотверждаемой композиции порошкового покрытия, пригодной для отверждения при температуре 60-130°С. Композиция включает термическую систему инициирования и систему смолы, в которой реакционная способность термической системы инициирования такова, что термическая система инициирования обеспечивает время гелирования 2,5-1000 минут при 60°С в бутандиол-диметакрилате при определении согласно DIN 16945 с использованием 1 мас.% термической системы инициирования в 99 мас.% бутандиол-диметакрилатая. и в которой количество термической системы инициирования выбрано так, чтобы при нанесении композиции порошкового покрытия на подложку и отверждении при температуре 130°С в течение 20 мин получающееся покрытие выдерживало, по меньшей мере, 50 двойных шагов при истирании в ацетоне. Система смолы включает смолу и совместный сшивающий агент, в которой смола содержит реакционноспособную ненасыщенность и в которой указанная реакционноспособная ненасыщенность является двойными связями углерод углерод, соединенными непосредственно с электроноакцепторной группой. Совместный сшивающий агент выбран из группы акрилатов, метакрилатов, сложных виниловых эфиров, простых виниловых эфиров, виниламидов, простых алкиновых эфиров, сложных алкиновых эфиров, алкинамидов, алкинаминов, простых пропаргиловых эфиров, сложных пропаргиловых эфиров, итаконатов, енаминов и их смесей. Масса на двойную связь в системе смолы составляет 100-1000 г/моль по определению с использованием 1Н ЯМР, масса на ненасыщенность в совместном сшивающем агенте составляет 150-870 г/моль по определению с использованием 1Н ЯМР. Композиция порошкового покрытия является однокомпонентной системой. Описан также способ получения композиции порошкового покрытия, способ покрытия подложки, подложка и применение композиции порошкового покрытия для покрытия термочувствительной подложки. Технический результат - композиции порошкового покрытия изобретения совмещают способность к отверждению при низкой температуре с хорошей перерабатываемостью в экструдере без формирования геля. 5 н. и 38 з.п. ф-лы, 12 табл., 7 пр.

Изобретение относится к распыляемому порошку, содержащему ломкие гранулы агломерированных первичных частиц нефибриллируемого фторполимера и необязательно, по крайней мере, одного другого компонента, где порошок имеет объемную плотность, по крайней мере, 20 г/100 см3 и средний размер частиц от 5 до 100 мкм

Изобретение относится к термореактивным материалам для покрытия

Изобретение относится к способу получения композиционного триботехнического материала, который может быть использован в машиностроении для изготовления триботехнических изделий и покрытий деталей узлов трения машин и механизмов различного функционального назначения
Изобретение относится к композиции из порошкового материала для покрытия, обеспечивающего слабый блеск, и к способу ее получения

Изобретение относится к производному сложного -гидроксиэфира и способу его получения, к способу получения -галогидринового промежуточного соединения и к способу получения из него эпоксидной смолы, а также к композиции на основе эпоксидной смолы
Наверх