Полимерный антифрикционный композиционный материал

Изобретение относится к антифрикционным полимерным композиционным материалам, предназначенным для изготовления деталей узлов трения машин и агрегатов. Задача изобретения - повышение механических характеристик и износостойкости в сочетании со снижением трудоемкости изготовления композиционного материала. Предложен полимерный антифрикционный композиционный материал, включающий (мас.%): политетрафторэтилен (81,5-87,0); дисульфид молибдена (1,5-2,0); скрытокристаллический графит с удельной поверхностью 50-75 м2/г (6,0-10,0); углеродный наполнитель с длиной волокна 0,05-0,5 мм (4,0-7,0). 1 табл.

 

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к антифрикционным полимерным композиционным материалам, предназначенным для изготовления деталей смазываемых и несмазываемых узлов трения машин и агрегатов.

Известны антифрикционные полимерные композиционные материалы на основе политетрафторэтилена (Машков Ю.К., Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Орлов П.В. Трение и модифицирование материалов трибосистем. - М.: Наука, 2000. - 280 с.), содержащие в качестве компонентов порошки кокса (Ф4К20), дисульфида молибдена (Ф4М15), стекловолокно (Ф4С15), кокс и дисульфид молибдена (Ф4К15М5). Известным материалам присущи недостатки, ограничивающие область их применения и снижающие надежность и долговечность узлов трения машин. Основными недостатками являются недостаточная механическая прочность и износостойкость известных композиционных материалов, предел прочности названных материалов находится в пределах 11-16 МПа.

Известен антифрикционный композиционный материал (А.С. №1812190 МПК C08J 5/16), который содержит, мас.%: политетрафторэтилен 80-82; дисульфид молибдена 1-3; порошок оловянно-свинцовистой бронзы 5-12 и углеродный наполнитель 5-12. Углеродный наполнитель представляет собой углеродное волокно длиной 0,05-0,50 мм, полученное из выдержанного в течение не менее 48 часов в жидком фреоне карбонизированного углеволокнистого материала, высушенного и измельченного в присутствии порошка политетрафторэтилена до волокон указанной длины. Предел прочности материала при растяжении 22-24 МПа, скорость изнашивания при трении по стальному контртелу без смазки составляет 0,065-0,068 мг/ч при скорости скольжения 1 м/с, контактном давлении 3 МПа.

Этот материал наиболее близок по своей физической сущности к предлагаемому композиционному материалу, однако этому известному материалу также присущие недостатки, снижающие технический уровень, надежность и долговечность узлов трения и в целом машин, где применяются узлы трения, изготовленные с использованием этого материала. Кроме того, технология подготовки углеродного материала достаточно сложна и малопроизводительна (длительная обработка материала в жидком фреоне и последующая сушка). Также сложна и малопроизводительна технология подготовки порошка бронзы, предусматривающая длительную обработку его в водородной среде с целью восстановления окисленных в воздушной среде частиц бронзы. Обе операции (обработка углеродного материала и обработка порошка бронзы) выполняются с целью повышения активности и увеличения адгезионного взаимодействия компонентов материала, от которого зависят свойства композиционного материала.

Задача изобретения - повышение характеристик механических и износостойкости, а также снижение трудоемкости изготовления композиционного материала.

Указанный технический результат достигается тем, что заявленный композиционный материал включает политетрафторэтилен 81,5-87%, дисульфид молибдена 1,5-2,0%, скрытокристаллический графит 6,0-10,0% с удельной поверхностью 50-75 м2/г и углеродное волокно 4,0-7,0% с длиной волокон 0,05-0,5 мм. При этом углеродное волокно перед измельчением не подвергается длительной обработке в жидком фреоне и последующей сушке, порошок бронзы не входит в состав компонентов, следовательно, исключается обработка порошка в водородной среде. Повышение механических свойств композиционного материала достигается благодаря высокой структурной активности нового компонента - скрытокристаллического графита вследствие большого значения удельной поверхности высокодисперсного порошка графита, выполняющего роль структурно-активного модификатора. Он активно влияет на структурообразующие процессы и способствует формированию аморфно-кристаллической плотноупакованной структуры с повышенными механическими и триботехническими свойствами.

Пример. Для изготовления композиционного материала берут политетрафторэтилен-фторопласт-4 марки ПН в количестве 84 мас.% от массы образца (заготовки), дисульфид молибдена ДМ - 2,0 мас.%, углеродное волокно с длиной волокон 0,05-0,5 - 4,0 мас.% и скрытокристаллический графит - 10 мас.% и смешивают в смесителе с частотой вращения ротора 2800-3000 мин-1. Композиционную смесь прессуют в пресс-форме при давлении 90-100 МПа и спекают при температуре 360±5°С с выдержкой при этой температуре из расчета 8-9 мин на 1 мм толщины стенки заготовки. Нагревание материала до температуры спекания производят со скоростью 1,5-2,0 град/мин, охлаждение от температуры спекания до 327°С - со скоростью 0,3-0,4 град/мин и от 327°С до 20°С охлаждают вместе с печью.

Углеродное волокно с указанной длиной волокон получают, например, из карбонизованного углеволокнистого материала марок УРАЛ Т-10 или других марок. Названный материал разрезают на небольшие кусочки, например 3×3 см, и измельчают в мельнице в присутствии порошка фторопласта-4 до получения длины частиц волокна в пределах 0,05...0,5 мм. Измельчение производят, например, в течение 3-9 мин в мельнице с подовыми ножами при частоте вращения 7000 мин-1.

Оценку степени повышения механических и триботехнических свойств предлагаемого композиционного материала и определение оптимального содержания компонентов производили путем изготовления и испытания образцов известного и предлагаемого материалов по технологии, описанной в примере. В таблице 1 приведены составы четырех композиций предлагаемого материала, состав прототипа и показатели механических (предел прочности) и триботехнических (скорость изнашивания, коэффициент трения) свойств материалов.

Таблица 1
Состав и свойства антифрикционных полимерных композиционных материалов
КомпозицияСодержание, масс.%Предел прочности σ, МПаСкорость изнашивания, г/ч·10-4Коэффициент трения
У ВСКГMoS2ПТФЭ
141028424,721,40,07
25628724,919,80,09
37101,581,525,524,80,07
45,58,51,584,525,814,70,08
прототип512*38022,536,40,12
* указано содержание бронзы.

Приведенные в таблице результаты показывают, что заявляемый полимерный композиционный материал имеет на 10-15% более высокие показатели предела прочности, в 1,5-2,0 раза меньшую скорость изнашивания и на 25-40% меньший коэффициент трения. Таким образом, заявляемый антифрикционный полимерный композиционный материал имеет соответственно более высокую износостойкость в зависимости от конкретного состава композиционного материала. Следовательно, применение заявленного материала для изготовления деталей узлов трения обеспечит повышение долговечности соответствующих узлов трения машин в 1,5-2,0 раза и снижение потерь мощности на трение до 40% при прочих равных условиях.

Полимерный антифрикционный композиционный материал, состоящий из политетрафторэтилена, дисульфида молибдена, углеродного материала, измельченного в присутствии политетрафторэтилена до длины волокон 0,05-0,50 мм, отличающийся тем, что материал содержит второй углеродный наполнитель в виде порошка скрытокристаллического графита с удельной поверхностью 50-75 м2/г, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:

Политетрафторэтилен81,5-87
Дисульфид молибдена1,5-2,0
Скрытокристаллический графит6,0-10,0
Углеродное волокно4,0-7,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к фторэластомерам, имеющим очень хорошее сочетание механических свойств, остаточного сжатия и свойств при низких температурах, и способу их получения.

Изобретение относится к перфторэластомерам, имеющим очень хорошее сочетание механических свойств, остаточного сжатия и свойств при низких температурах, и к способу их получения.
Изобретение относится к резиновой смеси на основе пропиленоксидного каучука СКПО, включающей серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, технический углерод.
Изобретение относится к фторопластовому лаку на основе растворимых фторполимеров, предназначенному для покрытия различных поверхностей. .

Изобретение относится к антифрикционной композиции, содержащей политетрафторэтилен и неорганический наполнитель. .

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

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении, в частности компрессоростроении и вакуумном машиностроении, для изготовления уплотнительных изделий для статических и подвижных (триботехнических) уплотнителей.

Изобретение относится к полимерным композициям на основе концентрированных водных дисперсий фторсополимеров, а именно тетрафторэтилена с гексафторпролиленом или с перфторпропилвиниловым эфиром, предназначенным для получения покрытий различного назначения, а также для получения полиимиднофторопластовой пленки, предназначенной для высокотермостойкой высококачественной изоляции проводов.
Изобретение относится к составам на основе водных дисперсий политетрафторэтилена, предназначенным для получения покрытий различного назначения, способных выдерживать нагревание до 370°С, а также для создания различных композиционных материалов, в том числе композиций для антиадгезионных и антипригарных покрытий.

Изобретение относится к полимерным композиционным самосмазывающимся материалам, предназначенным для изготовления деталей узлов трения, работающих при отсутствии смазки или ее ограничении в условиях запыленности и воздействия переменных нагрузок.
Изобретение относится к резиновой смеси и может быть использовано при производстве резинотехнических изделий и строительных материалов, например, в качестве эластичной добавки в различных покрытиях.
Изобретение относится к производству эмульсионных каучуков, в том числе наполненных эластомеров в порошкообразной форме, и может быть использовано в промышленности синтетического каучука, а также при утилизации углеродсодержащих отходов.

Изобретение относится к составу для получения композиционного материала для сальниковых уплотнений на основе графита, содержащего гидрофобизирующую добавку. .
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.

Изобретение относится к электропроводящим полимерным композиционным материалам. .

Изобретение относится к способам получения графитосодержащих материалов, предназначенных для изготовления конструкционных изделий для биологической защиты от нейтронного излучения.

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении, в частности компрессоростроении и вакуумном машиностроении, для изготовления уплотнительных изделий для статических и подвижных (триботехнических) уплотнителей.
Изобретение относится к резиновым смесям, предназначенным для изготовления уплотнительных манжет подвижных элементов оборудования. .

Изобретение относится к маслонаполненному 1,2-полибутадиену, который можно использовать в качестве различных формованных изделий, к способу его получения, его композиции и формованному изделию, материалу подошвы для обуви.

Изобретение относится к области радиационно-химических технологий получения полимерных материалов с улучшенным комплексом свойств. .
Наверх