Способ получения фрикционных полимерных материалов

Изобретение относится к способу получения фрикционных полимерных материалов, используемых при изготовлении тормозных колодок железнодорожных вагонов, подъемных кранов, дисков сцепления, электротехнических изделий и других целей. Способ предусматривает вальцевание 100 мас.ч. связующего на основе бутадиеновых или бутадиен-нитрильных каучуков со смолами, включающими эпоксидный компонент, 5-20 мас.ч. вулканизирующими добавками и смесью наполнителей - 100-400 мас.ч. порошкового и 50-200 волокнистого. В качестве связующего используют каучук (А), предварительно обработанный на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с мол.м. от 400 до 1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам при использовании метакриловой кислоты в количестве от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола от 0,05 до 1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40. В качестве вулканизующих добавок используют алкилфенолформальдегидные смолы. Техническим результатом изобретения является повышение теплостойкости, прочности и срока службы фрикционного материала, повышение долговечности соприкасающегося с ним металлического изделия за счет исключения сернистых соединений в получаемом материале. 2 табл.

 

Изобретение относится к способу получения фрикционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок железнодорожных вагонов, подъемных кранов, дисков сцепления, электротехнических изделий и др. целей.

Известны фрикционные полимерные материалы, получаемые путем вальцевания бутадиеновых и бутадиен-нитрильных каучуков со смолами, вулканизирующими добавками типа серы, тиурама и других серосодержащих веществ и смесью наполнителей - минеральных порошков, асбеста и латунной стружки (см. «Энциклопедия полимеров». Т.3. «Советская энциклопедия», М.: 1977, стр.786...788. Аналог 1).

Получаемые по данному способу фрикционные полимерные материалы наряду с определенными достоинствами имеет существенный недостаток. Как установлено авторами, тормозные колодки, содержащие сернистые вулканизирующие добавки, при эксплуатации вызывают диффузию серы в поверхность металлической пары и взаимодействие с легирующими металлами, что вызывает при торможении разрушение поверхности колеса или диска.

Известен также способ получения резинотехнических изделий на основе бутадиеновых и бутадиен-нитрильных каучуков с использованием в качестве вулканизирующих добавок алкилфенолоформальдегидных смол (см. «Энциклопедия полимеров». Т.1, стр.543. Аналог 2). Однако, устраняя сернистые соединения, вводится смоляной компонент, который не полностью связывается с каучуками, и, кроме того, все промышленные фенолоформальдегидные смолы всегда содержат свободный фенол. Даже после длительной трудоемкой и энергоемкой обработки паром удается лишь уменьшить его содержание. Авторами было установлено, что такие системы обладают ухудшенными фрикционными свойствами.

Ближайшим прототипом заявляемого технического решения является способ получения фрикционных полимерных материалом путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиен-нитрильных каучуков со смолами, включающими эпоксидный компонент, вулканизирующие добавки и смесь наполнителей - порошкового и волокнистого (см. патент России RU 2175335, БИ №30, 2001 г.).

Недостатком этого способа является наличие в получаемом материале сернистых соединений.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, повышение теплостойкости, прочности и срока службы фрикционного материала и повышение долговечности соприкасающегося с ним металлического изделия.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения фрикционных полимерных материалов путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиен-нитрильных каучуков со смолами, вулканизирующими добавками и смесью наполнителей - порошкового и волокнистого, отличается использованием в качестве связующего каучука (А), предварительно обработанного на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с м.м. от 400 до 1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола от 0,05 до 1,0 мас.ч. на 100 мас. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40, а в качестве вулканизирующих добавок использованием алкилфенолоформальдегидные смолы при следующем соотношении исходных компонентов при получении фрикционного материала, мас.ч.:

Вышеуказанное связующее	100
Алкилфенолоформальдегидная смола	5÷20
Порошковый наполнитель	100÷400
Волокнистый наполнитель	50÷200

Продукты взаимодействия эпоксидных диановых смол с метакриловой кислотой в присутствии третичных аминов в стехиометрическом количестве известны и как дивинилэфирные смолы. Однако они оказались недостаточно эффективны в данном случае.

Продукты же взаимодействия эпоксидных смол с метакриловой кислотой по эпоксидным группам от 0,3 до 0,8 от стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола впервые получены авторами и применены впервые в данном изобретении.

Пример 1.

Получение продукта взаимодействия

В реактор, снабженный обогревателем и мешалкой, загружают 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-16 с мол.м.=600 и содержанием эпоксидных групп 16% и нагревают до 70°С, после чего загружают при перемешивании 8,8 мас.ч. метакриловой кислоты (0,55 от стехиометрического количества, т.е. от эквимолекулярного) и 0,53 мас.ч. катализатора - метилимидазола. В течение 60 мин температуру поднимают до 90°С и выдерживают при перемешивании еще 60 мин. Полученный продукт выгружают в противни и охлаждают до комнатной температуры.

Продукт имеет следующие характеристики:

внешний вид - твердый желтый, прозрачный продукт;

содержание эпоксидных групп - 9%;

температура плавления - 56°С.

Получение фрикционного полимерного материала

Бутадиен-акрилонитрильный каучук марки СКН-40 в количестве 78 мас.ч. подвергают обработке на вальцах с фрикцией 1,3, при температуре 55°С в течение 5 мин, после чего добавляют 22 мас.ч. продукта взаимодействия и вальцуют в течение 10 мин при 65°С.

Далее вводят вулканизирующую добавку - 12 мас.ч. третбутилфенолоформальдегидной смолы и смесь наполнителей: 250 мас.ч. барита и 125 мас.ч. рубленого стекловолокна диаметром 13 микрон.

После введения указанных компонентов смесь вальцуют при 85°С в течение 12 мин с четырехразовым подрезанием вальцуемой массы.

Полученный таким образом фрикционный материал перерабатывают в изделия путем прессования в пресс-формах или экструзией. Температура вулканизации материала 190°С, выдержка 3,5 мин на каждый миллиметр толщины.

Примеры 2...6 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением состава и параметров в соответствии с таблицей 1.

Свойства материалов по заявляемому способу приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что заявляемый способ обеспечивает получение фрикционных материалов, которые, в отличие от прототипа, не снижают прочности после воздействия Т=200°С в течение 100 часов, а прочность при сжатии даже возрастает. У прототипа прочностные показатели после такого же воздействия снижаются в 2 раза.

Таблица №1 Соотношение компонентов и их вид по примерам.
Изменение соотношения и виды компонентов	Примеры
2	3	4	5	6
Количество метакриловой кислоты от стехиометра	0,3	0,8	По примеру №1
Варка эпоксидной смолы	ЭД-20 мол.м.400	ЭД-8 мол.м.1200	По примеру №1
Количество катализатора	По примеру №1	0,05	1,0
Соотношение компонентов А:Б	По примеру №1	96:4	60:40
Марка каучука	По примеру №1	СКД	СКН-18	СКН-26
Вид вулканизирующей добавки, мас.ч.	По примеру №1	n-октилфенолоформальдегидная смола
Вид и количество порошкового наполнителя, мас.ч.	По примеру №1	Сурик железный 400 мас.ч.	Каолин 400 мас.ч.	Свинцовый глет 100 мас.ч.
Вид и количество волокнистого наполнителя, мас.ч.	По примеру №1	Асбест 50 мас.ч.	Базальтовое волокно диаметра 8 мкм 200 мас.ч.

Таблица №2 Свойства изделий получаемых из фрикционных полимерных материалов по примерам 1-6 в сравнении с прототипом
Наименование показателя	Величина показателя
прототип	1	2	3	4	5	6
Прочность при изгибе при 20°С, МПа	65	72	74	70	71	68	76
То же после воздействия Т=200°С в течение 100 ч, МПа	30	70	72	69	72	74	71
Прочность при сжатии при 20°С, МПа	65	75	78	73	80	76	74
То же после воздействия Т=200°С в течение 100 ч, МПа	32	80	82	86	81	78	79
Коэффициент трения	0,48	0,48	0,49	0,52	0,50	0,45	0,46
Износ в паре со сталью марки 2 по ГОСТ 10791-89, мм	0,060	0,040	0,050	0,045	0,055	0,042	0,043

Способ получения фрикционных полимерных материалов путем вальцевания связующего на основе бутадиеновых или бутадиен-нитрильных каучуков со смолами, включающими эпоксидный компонент, вулканизирующими добавками и смесью наполнителей (порошкового и волокнистого), отличающийся тем, что в качестве связующего используют каучук (А), предварительно обработанный на вальцах с продуктом взаимодействия эпоксидной диановой смолы с мол.м. от 400 до 1200 с метакриловой кислотой по эпоксидным группам при использовании метакриловой кислоты в количестве от 0,3 до 0,8 стехиометрического количества в присутствии катализатора - метилимидазола от 0,05 до 1,0 мас.ч. на 100 мас.ч. реагирующих компонентов (Б) при массовом соотношении А:Б от 96:4 до 60:40, а в качестве вулканизующих добавок используют алкилфенолформальдегидные смолы при следующем соотношении исходных компонентов при получении фрикционного материала, мас.ч.:

вышеуказанное связующее 100

алкилфенолформальдегидная смола 5-20

порошковый наполнитель 100-400

волокнистый наполнитель 50-200