Антифрикционная полимерная композиция

Изобретение относится к антифрикционной композиции, содержащей политетрафторэтилен и неорганический наполнитель. В качестве неорганического наполнителя она содержит синтетическую шпинель магния с удельной поверхностью 170-200 м²/г при следующем соотношении компонентов, мас.%: шпинель магния 1,0-2,0; политетрафторэтилен остальное. Предложенное изобретение позволяет повысить деформационно-прочностные характеристики и износостойкость материалов за счет введения в полимерную матрицу синтетической шпинели магния. 1 табл.

 

Изобретение относится к области полимерною материаловедения, а именно к антифрикционным полимерным материалам, которые могут быть использованы для изготовления уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения и узлов трения.

Известны композиционные материалы для изготовления подшипников скольжения, торцовых уплотнений и других элементов узлов трения на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и неорганических наполнителей различной химической природы [Истомин Н.П.Семенов А.П. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторопластов. - М.: Наука, 1987. - 147 с.]. Материалы известны как самосмазывающиеся антифрикционные с малым коэффициентом трения, но имеют низкие деформационно-прочностные характеристики, обладают повышенной жесткостью, что снижает ресурс их работы.

Наиболее близкими по технической сущности к заявляемом) материалу являются малонаполненный композит на основе ПТФЭ (90-99.5 мас.%) и ультрадисперсного β-сиалона (оксинитрид алюминия-кремния) (0,5-10,0 мас.%) (прототип) [ТУ 301-05-120-91 «Композиции фторопластовые малонаполненные антифрикционного назначения»], а также малонаполненный композит на основе ПТФЭ (98-99,5 мас.%) и шпинели магния, полученной плазмохимическим методом с удельной поверхностью 50-70 м²/г (0,5-2,0 мас.%) (аналог) [ Охлопкова А.А., Слепцова С.А. Использование оксидных и нитридных керамик для модификации политетрафторэтилена // Трение и износ, - 1998. - Т.20, №1, - с.80-85].

Обладая высокой износостойкостью, эти материалы характеризуется недостаточной прочностью и эластичностью, что ограничивает область их применения.

Технической задачей изобретения является повышение деформационно-прочностных характеристик композиционного материала на основе ПТФЭ при сохранении высокой износостойкости.

Достижение положительного эффекта обеспечивается введением в ПТФЭ синтетической шпинели магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шпинель магния (MgAl₂O₄) 1,0-2,0;

ПТФЭ - остальное.

ПТФЭ (фторопласт-4) - промышленный продукт ГОСТ 10007-80, представляющий собой белый, рыхлый порошок со степенью кристалличности до спекания 95-98%, после спекания 50-70% и плотностью 2.17-2,19 г/см³, Т_пл 327°С.

Шпинель магния - продукт, полученный путем механохимического синтеза в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН (г. Новосибирск). Физические параметры шпинели магния: размеры частиц - 0,08-0,1 мкм; удельная поверхность - 170-200 м²/г [Пат. 2078037 РФ, С1 С 01 В 33/20, 33/26. Способ получения алюмосиликата щелочноземельного металла / Аввакумов Е.Г., Девяткина Е.Т.. Косова Н.В., Ляхов Н.3. - № 93029074/25; Заявл.31.05.1993; Опубл.27.04.1997; Бюл.№ - 12].

Для получения композиции в ПТФЭ вводили синтетическую шпинель магния, помещая расчетную массу полимера и наполнителя в высокооборотный смеситель и смешивая до получения однородной массы. Затем из композиции путем холодного прессования делали заготовки требуемой формы и спекали их в электрической печи при температуре 370±5°С.

Введение в ПТФЭ синтетической шпинели магния позволяет получить композиционный материал, обладающий высокой износостойкостью и повышенными деформационно-прочностными показателями.

Подобные свойства композита заявляемого состава обусловлены влиянием наполнителя на процессы формирования структуры композита.

Пример. 99,0 г ПТФЭ и 1,0 г порошка MgAl₂О₄, смешивают в лопастном смесителе до получения однородной массы. После смешения композицию сушат в сушильном шкафу при температуре 100-120°С в течение одного часа. Затем композицию помещают в холодную пресс-форму и прессуют изделие при удельном давлении 50 МПа. Спекание изделий проводят в электрической печи при температуре 370±5°С. Охлаждение спеченных изделий проводят непосредственно в печи.

Остальные примеры получения композиционного материала заявляемого состава приведены в таблице.

Методики определения свойств композита

Физико-механические свойства заявляемого антифрикционного материала определены на стандартных образцах (ГОСТ 11262-80). Испытания проводили на машине «Инстрон» (Англия) при скорости перемещения подвижных захватов 100 мм/мин. Триботехнические параметры определены на машине трения СМЦ-2 но схеме «вал-втулка». Нагрузка 67 Н, скорость скольжения 0,39 м/с, путь трения 7 км. Исследуемый образец - втулка диаметром 32-22 мм, высотой 21 мм, контртело стальной вал. Результаты испытаний представлены в таблице.

Технико-экономическая эффективность

Использование заявляемого изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании, позволяет увеличить предел прочности при разрыве материала до 24 МПа, относительное удлинение при разрыве - до 340%, в сочетании с высокой износостойкостью. Как видно из приведенных данных, прочность при разрыве возросла по сравнению с прототипом на 20-25%, эластичность на 25-30%, износостойкость на 40%, а по сравнению с аналогом прочность возросла на 20-40%. Оптимальное содержание наполнителя 1,0-2,5 мас.%.

Применение антифрикционной композиции заявляемого состава позволит повысить ресурс работы изделий в узлах трения машин и оборудования.

Антифрикционная композиция, содержащая политетрафторэтилен и неорганический наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве неорганического наполнителя она содержит синтетическую шпинель магния с удельной поверхностью 170-200 м²/г при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шпинель магния	1,0-2,0
Политетрафторэтилен	Остальное