Антифрикционный самосмазывающийся пресс-материал
Владельцы патента RU 2283326:
Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Машиностроительное предприятие "Звездочка" (RU)
Изобретение относится к антифрикционным полимерным материалам на основе фенопласта и может быть использовано в приборостроении, судостроении и других областях техники для изготовления деталей узлов трения, например подшипников скольжения или деталей уплотнителей подвижных соединений трубопроводной арматуры, работающих без смазки. Описанный антифрикционный самосмазывающийся пресс-материал содержит в мас.%: измельченный фенопласт на основе новолачной ФФС 93-94,5; графит серебристый 4-5; стеарат кальция 1,5-2,0. Фенопласт измельчен до крупности частиц менее 0,2 мм. Технический результат - повышение износостойкости материала и сохранение низкого коэффициента трения при эксплуатации материала в тяжелонагруженных узлах трения. 2 табл.
Изобретение относится к антифрикционным полимерным материалам на основе фенопласта и может быть использовано в приборостроении, судостроении и других областях техники для изготовления деталей узлов трения, например подшипников скольжения или деталей уплотнителей подвижных соединений трубопроводной арматуры, работающих без смазки.
В настоящее время существует проблема увеличения ресурса работы антифрикционных самосмазывающихся подшипников скольжения и других деталей, устанавливаемых в высокоскоростных узлах трения технологического оборудования, скорость скольжения в которых достигает 10 м/с, частота вращения - 1200 рад/с при нагрузке 12-20 МПа. Это влечет за собой требование разработки антифрикционного материала, обладающего не только низким коэффициентом трения, но и высокими прочностью, твердостью и износостойкостью, способного перерабатываться прессованием, а при эксплуатации быть устойчивым в агрессивных средах. В наибольшей степени указанные задачи могут решить антифрикционные самосмазывающиеся пресс-материалы на основе фенопласта (полиметиленфенола). Наиболее широкое применение из них нашли полимеры на основе фенолоформальдегидных смол (ФФС), которые в неотвержденном состоянии в зависимости от химических особенностей подразделяются на термопластичные (новолачные) и термореактивные (резольные) смолы.
Известен антифрикционный самосмазывающийся пресс-материал марки АФ-3Т на основе резольной ФФС и нефтяного кокса (Триботехнические свойства антифрикционных самосмазывающихся пластмасс: Обзор, информ.; Госстандарт; ВНИЦГССД; Под ред. Г.В.Сагалаева, Н.Л.Шембель; Изд-во стандартов, 1982 г., с.42, 48), обеспечивающий изготовленным из него подшипникам скольжения частоту вращения до 1200 рад/с. Однако известный пресс-материал вследствие недостаточной прочности и повышенного коэффициента трения (до 0,3) обладает низкой износостойкостью и ресурс работы его составляет не более 80 часов.
Наиболее близкой к предлагаемому материалу, принятой за прототип, является антифрикционная самосмазывающаяся пресс-композиция (а.с. СССР №1643574, МПК5 С 08 L 61/10. опубл. 23.04.91 Бюл. №15) на основе измельченной древесины и фенолоформальдегидного связующего, включающая также 10-20 мас.% графита, 2-5 мас.% каолина и 2-5 мас.% талька.
Материал из известной композиции характеризуется пониженными коэффициентом трения и интенсивностью изнашивания при эксплуатации как в нормальных условиях, так и в условиях сравнительно высоких температур (до 110°С), однако его триботехнические свойства недостачно высоки. Использование известного материала при частоте вращения изготавливаемых из него деталей 1200 рад/с и нагрузке более 0,5 МПа исключено из-за недостаточной прочности и твердости, а также низкого сопротивления износу. Кроме того, высокое содержание в известном составе крупноразмерных частиц древесного наполнителя (до 10 мм) приводит к ухудшению таких физико-химических свойств материала как влагонабухаемость, теплостойкость по Мартенсу, стойкость в агрессивных средах, теплопроводность.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение износостойкости материала и сохранение низкого коэффициента трения при эксплуатации материала в тяжелонагруженных узлах трения.
Поставленная задача достигается тем, что антифрикционный самосмазывающийся пресс-материал, включающий компонент на основе фенолоформальдегидной смолы, графит и целевую добавку, содержит измельченный до крупности частиц менее 0,2 мм фенопласт на основе новолачной фенолоформальдегидной смолы, графит серебристый, а в качестве целевой добавки стеарат кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| измельченный фенопласт | |
| на основе новолачной ФФС | 93-94,5 |
| графит серебристый | 4-5 |
| стеарат кальция | 1,5-2,0 |
Заявляемый состав позволяет сохранить низкий коэффициент трения и значительно увеличить износостойкость антифрикционного самосмазывающегося пресс-материала за счет возросшей прочности и твердости, обеспечивая изготовленным из него подшипникам и другим деталям узлов трения высокий ресурс работы (не менее 350 часов) при частоте вращения 1200 рад/с, нагрузке до 1,5 МПа, дает возможность использования пресс-материала в агрессивных средах, а также повышает качество изготавливаемых из него деталей и снижает затраты на обслуживание оборудования.
В соответствии с ГОСТ 5689 на основе новолачных смол изготавливаются также фенопласты для электроламповой промышленности (Ф161), абразивных изделий (СФ-012), прессовочных масс (СФ-014), см. Каталог химической продукции «ОАО КАРБОЛИТ», Орехово-Зуево, 2002 г., стр.27-39.
Использование стеарата кальция в качестве антифрикционной добавки известно из уровня техники (Патент РФ №2005746, Б.И. №1, опубл. 15.01.94), однако нами обнаружено, что только при количестве стеарата кальция 1,5-2,0 мас.% и в сочетании с заявляемыми количествами графита серебристого и измельченного фенопласта на основе новолачной ФФС синергически усиливаются их антифрикционные свойства и значительно увеличивается износостойкость пресс-материала заявляемого состава.
При исследовании известного уровня техники не было выявлено аналогичных заявляемому составов пресс-материалов антифрикционного назначения, которые характеризовались бы идентичной совокупностью существенных признаков с достижением такого же технического результата, какой получен в предлагаемом техническом решении, что позволяет сделать вывод о его соответствии критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Заявляемый пресс-материал может быть получен с применением известных материалов и технических средств, что говорит о его соответствии критерию "промышленная применимость".
Технология получения предлагаемого антифрикционного самосмазывающегося пресс-материала заключается в следующем:
Пример 1. Для изготовления заявляемого пресс-материала используют фенопласт марки 03-010-12 (ГОСТ 5689) на основе новолачной ФФС марки СФ-010 (ГОСТ 18694-80), представляющий собой зернистый порошок с размером частиц до 5 мм, который измельчают на ручных микровальцах или иным способом раздавливания крупных зерен до размеров частиц не более 0,2 мм, для чего измельченный материал просеивают через сито с размером ячеек 0,2 мм, а ситовой остаток подвергают повторному измельчению. Затем измельченный фенопласт сушат в термостате при температуре 50-60°С в течение 30 мин, после чего охлаждают вместе с остывающим термостатом, чтобы исключить сорбцию влаги воздуха нагретым порошком. Для приготовления 100 кг пресс-материала берут 93 кг (93 мас.%) измельченного до крупности частиц менее 0,2 мм фенопласта, 5 кг (5 мас.%) графита серебристого марки ГЛ 1 (ГОСТ 5270-74) и 2 кг (2 мас.%) стеарата кальция (ТУ 6-14-722-76) и перемешивают их в двухлопастном смесителе с обогреваемым корпусом. Процесс смешения ведут при температуре камеры смесителя 60+2°С постадийно: первым загружают порошок фенопласта в половинном объеме и перемешивают в течение времени, требуемом для его прогрева до 60°С, вторым загружают необходимое количество стеарата кальция и перемешивают в течение 10-15 мин, затем загружают необходимое количество графита серебристого и перемешивают 10-15 мин, после чего добавляют оставшуюся половину порошка фенопласта и смесь тщательно перемешивают в течение 30 мин. Полученный пресспорошок охлаждают в смесителе при непрерывном перемешивании до температуры 20-25°С и получают антифрикционный самосмазывающийся пресс-материал марки АФГ-5СТ.
Аналогично примеру 1 готовили составы пресс-материала АФГ-5СТ по примерам 2 и 3 (табл.1).
Для получения изделий пресс-порошок подвергают таблетированию с последующим прессованием в пресс-формах закрытого или открытого типа. В процессе прессования происходит оформление изделий и отверждение связующего в пресс-форме, в результате чего изделие приобретает свойства антифрикционного самосмазывающегося пресс-материала марки АФГ-5СТ.
Для проведения испытаний из полученного пресс-материала изготавливали опытную партию подшипников двух видов:
1. Подшипники призматические, опорные.
2. Подшипники конические, опорные.
Результаты физико-механических испытаний приведены в табл.2.
Твердость по Бринеллю определяли на приборе AS-102 при нагрузке от 150 до 1000 Н.
Прочность при сжатии измеряли на разрывной машине FM-1000, воздействуя усилием до 104 Н при скорости нагружения 1-100 мм/мин.
Коэффициент трения скольжения определяли на машине трения МИ-2 по схеме вал - частичный подшипник при скорости скольжения V=0,25 м/с и удельном давлении на образец P=1,25 МПа.
Износ измеряли на машине трения СМЦ-2 при скорости скольжения Vск =2,0 м/с и удельном давлении на образец P=1,2 МПа.
Как видно из табл.2, заявляемый антифрикционный пресс-материал обладает низкими показателями коэффициента трения и гораздо более высокой по сравнению с прототипом износостойкостью.
Таким образом, предлагаемый состав позволяет получать антифрикционный самосмазывающийся пресс-материал высокого качества, увеличивающий ресурс работы изготавливаемых из него деталей не менее чем до 350 часов при частоте вращения 1200 рад/с и нагрузке до 1,5 МПа, дает возможность использования пресс-материала в агрессивных средах, а также снижает затраты на обслуживание оборудования.
| Таблица 1 | ||||||
| Компоненты | Содержание компонентов в составе, мас.% | |||||
| пример 1 | Пример 2 | пример 3 | Прототип | |||
| измельченный фенопласт на основе новолачной ФФС | 93 | 94 | 94,5 | - | ||
| графит | серебристый 5 | Серебристый 4,2 | серебристый 4 | Простой 10-20 | ||
| Стеарат кальция | 2,0 | 1,8 | 1,5 | - | ||
| Резольная фенолоформальдегидная смола | - | - | - | 18-20 | ||
| каолин | - | - | - | 2-5 | ||
| тальк | - | - | - | 2-5 | ||
| Измельченная древесина | - | - | - | До 100 | ||
| Таблица 2 | ||||||
| Состав | Свойства | |||||
| Предел прочности при сжатии, | Твердость по Бринеллю, | Коэффициент трения при V=0,25 м/с и P=1,25 МПа | Износостойкость при трении на машине СМЦ-2 (Vск=2,0 м/с и P=1,2 МПа), (температура узла трения 110°С), | Предельная рабочая температура, | Химическая стойкость по ГОСТ 12020, | |
| МПа | МПа | балл | °С | Балл | ||
| АФГ-5СТ по примерам 1-3 | 140-170 | 260-280 | 0,08-0,1 | 4.0 | 140-170 | 5 |
| Прототип | 104-121 | 180-200 | 0,1-0,135 | 0,2 | 105-110 | 4 |
Антифрикционный самосмазывающийся пресс-материал, включающий компонент на основе фенолоформальдегидной смолы, графит и целевую добавку, отличающийся тем, что содержит дисперсный, измельченный до крупности частиц менее 0,2 мм фенопласт на основе новолачной фенолоформальдегидной смолы, графит серебристый, а в качестве целевой добавки стеарат кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Измельченный фенопласт | |
| на основе новолачной ФФС | 93-94,5 |
| Графит серебристый | 4-5 |
| Стеарат кальция | 1,5-2,0 |
