Фрикционное изделие

 

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для эксплуатации в различных фрикционных механизмах. Фрикционное изделие включает полимерную матрицу, волокнистые армирующие компоненты и наполнители. Оно имеет микропористую структуру со взаимосвязанными пустотами, образованными нитями, армирующими композит. Новым является то, что изделие дополнительно содержит частицы, имеющие капиллярно-пористую структуру, капиллярные поры которых взаимосвязаны с микропористыми пустотами изделия. Техническим результатом является улучшение работы фрикционных механизмов путем стабилизации эксплуатационных характеристик изделия за счет увеличения поглощающей способности изделия к продуктам распада полимеров и воды.

Заявляемое изобретение относится к фрикционным изделиям, предназначенным для эксплуатации в различных фрикционных механизмах (тормозных узлах машин и оборудования, муфтах сцеплений и др.).

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее полимерную матрицу, волокнистые армирующие компоненты, наполнители и частицы, имеющие капиллярно-пористую структуру (см. пол. модель РФ № 1104, МПК F 16 D 69/02, 1995).

Существенные признаки аналога "полимерная матрица, волокнистые армирующие компоненты, наполнители и частицы, имеющие капиллярно-пористую структуру”, совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является снижение возможности десорбции в промежутках между фрикционными контактами продуктов распада полимерного связующего, возникающих при фрикционном контакте, а также воды, сорбируемых капиллярными порами в процессе эксплуатации фрикционного изделия, что способствует изменению фрикционных характеристик изделия, а также может вызвать местные деформации и трещинообразование из-за повышения давления в изолированных порах при нагревании изделия в процессе эксплуатации. В результате ухудшаются фрикционно-износные свойства фрикционного изделия, а также уменьшается их стабильность при эксплуатации.

Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее полимерную матрицу, волокнистые армирующие компоненты и наполнители, имеющее пористую структуру (канальцы) (см. заявку Франции № 2581149, МПК F 16 D 69/02, 1986). Существенные признаки аналога “полимерная матрица, волокнистые армирующие компоненты и наполнители, имеющие пористую структуру”, совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является усиленная десорбция продуктов распада полимерного связующего и воды при фрикционном контакте в процессе эксплуатации. В результате стабильность тормозных и фрикционных механизмов снижается из-за изменения эксплуатационных характеристик фрикционного изделия под воздействием продуктов распада полимеров и воды, появляющихся в результате воздействия внешних факторов и попадающих в зону фрикционного контакта из-за недостаточной степени удержания их “канальцами”.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее полимерную матрицу, волокнистые армирующие компоненты и наполнители, выполненное с микропористой структурой со взаимосвязанными микропустотами (см. В.П.Лапшин и др. Влияние сортированной воды на прочностные и фрикционные свойства тормозных накладок. - Труды 3-го Международного симпозиума по трибологии фрикционных материалов ЯРОФРИ-97. - Ярославль, 1997, с.257-260). Существенные признаки прототипа “полимерная матрица, волокнистые армирующие компоненты, наполнители, выполнение изделия с микропористой структурой со взаимосвязанными микропустотами” совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является снижение стабильности эксплуатационных характеристик изделия в процессе эксплуатации из-за недостаточной поглощающей способности изделия к продуктам распада полимеров и воды.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение работы тормозных и фрикционных механизмов путем стабилизации эксплуатационных характеристик изделия в процессе эксплуатации за счет увеличения поглощающей способности изделия к продуктам распада полимеров и воды.

Для достижения указанного технического результата фрикционное изделие, включающее полимерную матрицу, волокнистые армирующие компоненты и наполнители, выполненное с микропористой структурой со взаимосвязанными микропустотами, образованными нитями, армирующими композит, дополнительно содержит частицы, имеющие капиллярно-пористую структуру, капиллярные поры которых взаимосвязаны с микропористыми пустотами изделия.

Существенные признаки заявляемого изобретения “дополнительно содержит частицы, имеющие капиллярно-пористую структуру, капиллярные поры которых взаимосвязаны с микропористыми пустотами изделия”, являются отличительными от признаков прототипа.

Фрикционное изделие представляет собой наполненный полимерный композит, включающий, как правило, полимерную матрицу из вулканизата каучуков, резита смол, их смесей и т.д., дисперсные (порошкообразные) наполнители (минеральные, органические, металлические наполнители или их смеси, например, сурик железный, барит, углеродные наполнители, пластификаторы и др.), волокнистые армирующие компоненты, представляющие собой различные нити и волокна (например, стеклянные, асбестовые), или их смеси и наполнитель (наполнители), имеющий капиллярно-пористую структуру (например, частицы баритового утяжелителя, сажа белая, углерод технический и др.).

Фрикционное изделие имеет микропористую структуру, при этом отдельные микропустоты связаны друг с другом и обеспечивают взаимосвязь капиллярно-пористых частиц. Такую структуру изделия может обеспечить, например, следующая технология изготовления полимерного композита: приготавливаются (на основе растворителя) составы для пропитки и покрытия нитей, нити пропитывают и покрывают составом, навивают заготовку изделия, проводят формование и отверждение изделия (вулканизация, бакелизация) и его механическую обработку.

Конкретным примером заявляемого изделия является накладка сцепления, навитая из комбинированных безасбестовых, например стеклянных (на основе стеклоровинга), стеклянно-проволочных и др., нитей, внутри нити связаны полимером матрицы на основе бутадиенового каучука и формальдегидной смолы и размещены в полимерном композите, где полимер матрицы наполнен различными наполнителями, в том числе имеющими капиллярно-пористую структуру (технический углерод или баритовый концентрат, белая сажа). Единая взаимосвязанная структура пор образуется в изделии в результате удаления растворителя (его испарения) из пор структуры нитей и пор наполнителей. При этом пары растворителя, который удаляется из изделия практически полностью в процессе формования и термообработки, обеспечивают образование пор, связывающих поры нитей и наполнителей.

Изготовление фрикционного изделия с микропористой структурой со связанными микропустотами изделия и капиллярно-пористых частиц из-за капиллярной конденсации и связанного с ней сорбционного гистерезиса как в микропустотах, так и в капиллярно-пористых частицах способствует большему поглощению композитом продуктов деструкции и воды за счет дополнительной поглотительной способности капиллярно-пористых частиц при одновременном снижении десорбции при нагревании в процессе фрикционного контакта, что снижает негативное воздействие этих продуктов на эксплуатационные характеристики изделия при фрикционном контакте. Одновременно взаимосвязанность микропустот и капиллярно-пористых частиц обеспечивает постепенную почти полную десорбцию продуктов распада и воды из изделия за время промежутков между фрикционными контактами, которые при нормальной эксплуатации изделий, например в легковых автомобилях, очень значительны по сравнению с продолжительностью фрикционных контактов.

В результате обеспечивается восстановление фрикционных свойств изделия, то есть повышается стабильность его фрикционных характеристик.

Формула изобретения

Фрикционное изделие, включающее полимерную матрицу, волокнистые армирующие компоненты и наполнители, выполненное с микропористой структурой со взаимосвязанными пустотами, образованными нитями, армирующими композит, отличающееся тем, что изделие дополнительно содержит частицы, имеющие капиллярно-пористую структуру, капиллярные поры которых взаимосвязаны с микропористыми пустотами изделия.