Фрикционное изделие

 

Изобретение относится к фрикционным изделиям, предназначенным для эксплуатации в тормозных узлах. Фрикционное изделие включает фрикционный элемент, выполненный из композита, содержащего полимерную матрицу, волокнистые наполнители или единственный волокнистый наполнитель и дисперсные наполнители. При этом единственный волокнистый наполнитель или один из волокнистых наполнителей выполнен из материала, размягчающегося при максимальной температуре рабочей поверхности фрикционного изделия в процессе эксплуатации. Технический результат - улучшение фрикционно-износных характеристик фрикционного изделия.

Изобретение относится к фрикционным изделиям, предназначенным для эксплуатации в тормозных узлах автомототехники, железнодорожного транспорта, машин и оборудования, муфтах сцеплений, армированных металлическим каркасом тормозных дисках сельскохозяйственной техники и др.

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее фрикционный элемент, выполненный из композита, содержащего полимерную матрицу, волокнистые и дисперсные наполнители (см. Е.В.Смирнова и др. "Сырье для производства асбестовых технических изделий", -М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1978, с. с. 6-9, 48-50). Существенные признаки аналога "фрикционный элемент, выполненный из композита, содержащего полимерную матрицу, волокнистые и дисперсные наполнители" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является, особенно в случае использования заменяющих асбест высокопрочных армирующих наполнителей (волокон), ухудшение фрикционно-износных свойств изделия из-за повышенного "схватывания" пары трения, глубинного вырывания армирующих наполнителей в результате снижения возможности создания при фрикционном контакте в процессе эксплуатации у поверхности трения изделия положительного перепада механических свойств по глубине и образования поверхностного пластичного слоя, противостоящего передеформированию.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее фрикционный элемент, выполненный из композита, содержащего полимерную матрицу, волокнистые наполнители или единственный волокнистый наполнитель, дисперсные наполнители и промежуточный демпфирующий слой, размещенный между матрицей и волокнистыми наполнителями или одним из волокнистых наполнителей (см. Гузеев В.В. Армированные и самоармированные полимерные композиционные материалы для узлов трения. В сб. "Труды 3-го Международного симпозиума по трибологии фрикционных материалов "ЯРОФРИ-97", Ярославль, 1997, с.176). Существенные признаки прототипа "фрикционный элемент, выполненный из композита, содержащего полимерную матрицу, волокнистые наполнители или единственный волокнистый наполнитель, дисперсные наполнители" совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является снижение возможности создания при фрикционном контакте в процессе эксплуатации у поверхности трения изделия положительного перепада механических свойств по глубине и образования поверхностного пластичного слоя, противостоящего передеформированию, что способствует повышенному "схватыанию" пары трения, глубинному вырыванию армирующих волокон и других наполнителей и, как следствие, ухудшению фрикционно-износных свойств фрикционного изделия.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение пластичности поверхностного слоя фрикционного изделия у поверхности трения при фрикционном контакте в процессе эксплуатации, что способствует снижению местных удельных давлений, уменьшению поверхностных температур и хорошей прирабатываемости, то есть улучшению фрикционно-износных характеристик фрикционного изделия.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии фрикционный элемент выполнен из композита, содержащего полимерную матрицу, волокнистые наполнители или единственный волокнистый наполнитель и дисперсионные наполнители, при этом один из волокнистых армирующих наполнителей или единственный волокнистый армирующий наполнитель выполнен из материала, температура размягчения которого соответствует максимальной температуре рабочей поверхности фрикционного изделия в процессе эксплуатации.

Существенные признаки заявляемого изобретения "один из волокнистых армирующих наполнителей или единственный волокнистый наполнитель выполнен из материала, температура размягчения которого соответствует максимальной температуре рабочей поверхности фрикционного изделия в процессе эксплуатации" являются отличительными от признаков прототипа.

Фрикционный элемент фрикционного изделия представляет собой наполненный полимерный композит, включающий, как правило, полимерную матрицу на основе каучуков, смол, их смесей и т.д., дисперсные (порошкообразные) наполнители или их смеси, например, сурик железный, барит, каолин, углеродные наполнители, пластификаторы и др., и волокнистые (армирующие) наполнители (или единственный волокнистый наполнитель), представляющие собой нити или волокна. Единственный волокнистый наполнитель (или один из волокнистых наполнителей) выполнен из материала, температура размягчения которого соответствует максимальной температуре рабочей поверхности фрикционного изделия в процессе эксплуатации. Таким наполнителем может быть, например, для велотехники, тихоходной техники (температура ~170^oС) - волокна из изоактического полипропилена; для легковых микролитражных автомобилей (температура до 230^oС) - волокна из поливинилового спирта; для легковых и грузовых автомобилей (температура до 320^oС) - волокна из полиакрилонитрила, для более высоких температур - волокна из сополимеров акрилонитрила и т.д. Другими волокнистыми наполнителями могут быть, например, стеклянные нити или волокна, волокна из ароматических полиамидов (фенилон, кевлар, оксалон), металлические волокна или проволока и др., или их смеси между собой или с другими, в том числе и с асбестовыми волокнами.

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например формованием из полимерной пресс-композиции.

Конкретным примером заявляемого фрикционного изделия является накладка барабанного тормоза, изготовленная из полимерного композита, включающего 25% матрицы на основе бутадиенового каучука; 15% волокон из сополимеров акрилонитрила и 60% порошкообразных наполнителей (барит, глинозем, технический углерод, сурик и т.п.).

Изготовление фрикционного изделия с использованием армирующих волокон из материалов, размягчающихся при максимальной рабочей температуре поверхности фрикционного изделия, способствует повышению пластичности имеющего гетерогенную структуру пластичного поверхностного слоя на поверхности трения за счет увеличения при максимальных температурах пластичности отдельных участков армирующих волокон, а также увеличивает толщину этого слоя и соответственно положительный градиент механических свойств по глубине за счет передачи размягчения вглубь слоя, что не обеспечивается, если это не волокнистые, а просто дисперсные наполнители. В результате улучшаются характеристики фрикционного изделия.

Формула изобретения

Фрикционное изделие, включающее фрикционный элемент, выполненный из композита, содержащего полимерную матрицу, волокнистые наполнители или единственный волокнистый наполнитель и дисперсные наполнители, отличающееся тем, что единственный волокнистый наполнитель или один из волокнистых наполнителей выполнен из материала, размягчающегося при максимальной температуре рабочей поверхности фрикционного изделия в процессе эксплуатации.