Связующее для получения антифрикционных изделий, препрег и изделие, выполненное из него
Владельцы патента RU 2313010:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области производства антифрикционных материалов и изделий и может быть использовано при изготовлении высоконагруженных подшипников скольжения в машино- и судостроении, авиационной промышленности и других областях техники. Предложено связующее для получения антифрикционных изделий, включающее фенолформальдегидную смолу и органический растворитель, которое в качестве фенолформальдегидной смолы содержит резольную фенолформальдегидную смолу и дополнительно содержит алкилфеноламинную смолу и бутадиеннитрильный каучук при следующем соотношении компонентов, мас.%.: резольная фенолформальдегидная смола - 10,0-12,0, низкомолекулярная алкилфеноламинная смола - 11,0-14,0, бутадиеннитрильный каучук - 6,0-7,0, органический растворитель (этилацетат, ацетон, бутилацетат) - остальное. Предложены также препрег, включающий указанное связующее и тканый наполнитель, состоящий из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из высокопрочных органических волокон, в котором внутренний слой тканого наполнителя выполнен из высокопрочных высокомодульных полиимидных волокон, при соотношении компонентов, мас.%: связующее - 14-24, тканый наполнитель - 76-86, и изделия, выполненные из него. Технический результат - получение антифрикционных изделий, работоспособных при высоких удельных нагрузках, имеющих пониженный коэффициент трения и повышенную прочность при отслаивании от металла. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к области производства металлополимерных антифрикционных материалов и изделий и может быть использовано при изготовлении высоконагруженных узлов трения скольжения в машино- и судостроении, авиационной промышленности и других областях техники.
Известны антифрикционные изделия, включающие тканый каркас, состоящий из наружного (рабочего) слоя из политетрафторэтиленовых нитей и внутреннего слоя из органических волокон, расположенный на основании из термопласта (патент СССР №1808051).
Недостатком известных изделий является использование термопластов, не обеспечивающих необходимые для работы узла трения прочность и термостойкость. Непропитанный тканый каркас также имеет низкую прочность.
Наиболее близкими к заявляемому, принятыми за прототип, являются связующее для получения антифрикционных изделий, состоящее из смоляной части продукта взаимодействия эпоксидной диановой смолы (А), бензгуанамина (Б), ∈-капролактама (В) и фенолформальдегидного новолака (Г) в соотношении А:Б:В:Г от 40:10:15:35 до 81:3:8:8, отверждаемое ароматическим амином; препрег, включающий тканый каркас, состоящий из наружного слоя нитей политетрафторэтилена, переплетенных с внутренним слоем высокопрочных органических волокон, который предварительно пропитывают указанным связующим, и изделия, выполненные из указанного препрега (патент РФ №2178103).
Недостатками связующего по прототипу являются недостаточная адгезия к металлу и тканому наполнителю, а также невысокий уровень прочностных и усталостных свойств. Недостатком препрега-прототипа и изделий, выполненных из него, является использование в тканом каркасе в качестве внутреннего слоя органических волокон СВМ, обладающих достаточно высоким водо- и влагопоглощением и относительно невысокой термостойкостью, что отрицательно влияет на надежность эксплуатации узла трения в условиях термовлажностного воздействия. Изделия по прототипу имеют недостаточный уровень коэффициента трения и обладают невысокой прочностью на отрыв полимерного слоя от металла. Кроме того, изделия по прототипу изготавливаются из металлического листа с наформованным на него препрегом методом штамповки, что не позволяет изготавливать сложные узлы трения (типа сферических подшипников и др.).
Технической задачей изобретения является создание связующего и препрега для получения антифрикционных изделий, работоспособных при высоких удельных нагрузках, имеющих пониженный коэффициент трения и повышенную прочность при отслаивании от металла.
Для решения поставленной задачи предложены:
связующее для получения антифрикционных изделий, включающее фенолформальдегидную смолу и органический растворитель, отличающееся тем, что в качестве фенолформальдегидной смолы оно содержит резольную фенолформальдегидную смолу и дополнительно содержит низкомолекулярную алкилфеноламинную смолу и бутадиеннитрильный каучук при следующем соотношении компонентов, мас.%.:
| резольная фенолформальдегидная смола | 10,0-12,0 |
| низкомолекулярная алкилфеноламинная смола | 11,0-14,0 |
| бутадиеннитрильный каучук | 6,0-7,0 |
| органический растворитель | остальное |
В качестве органического растворителя могут быть использованы этилацетат, ацетон, бутилацетат.
Препрег, включающий связующее и тканый наполнитель, состоящий из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из высокопрочных органических волокон, отличающийся тем, что в качестве связующего используют указанное связующее, а внутренний слой тканого наполнителя выполнен из высокопрочных высокомодульных полиимидных волокон при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее - 14-24, тканый наполнитель - 76-86.
Изделие, выполненное из указанного препрега
В качестве резольной фенолформальдегидной смолы могут быть использованы различные смолы, но наиболее предпочтительно использовать смолы марок СФ-3021К, СФ-3021С по ГОСТ 18694-80. В качестве эластомерного компонента, обеспечивающего адгезионную прочность к тканому наполнителю и снижающего хрупкость смолы, выбран бутадиеннитрильный каучук, например, СКН-40КНТ, повышающий усталостную прочность предлагаемого связующего. В состав связующего также входит компонент, который совместно с каучуком увеличивает адгезию связующего как к металлу, так и к тканому наполнителю. Наилучший технический результат достигается при использовании низкомолекулярных алкилфеноламинных смол, например смолы марки 101К.
Препрег, изготовленный на основе заявляемого связующего, обладает длительной жизнеспособностью (более 1 года), высокой прочностью отслаивания от металла, имеет низкий коэффициент трения. Использование в составе тканого наполнителя наряду с политетрафторэтиленовыми (полифеновыми) нитями высокопрочных высокомодульных полиимидных (аримидных) нитей позволяет обеспечить антифрикционному изделию высокие водо-, влаго- и термостойкость. Кроме того, при частичном износе и выходе на поверхность трения нитей внутреннего слоя (аримидных) не происходит остановки работы узла трения, так как аримидные нити (в отличие от нитей СВМ) берут на себя функции политетрафторэтиленовых нитей. Из заявляемого препрега можно изготавливать узлы трения разнообразных форм и размеров: втулки - простые и с фланцами, сферические самоустанавливающиеся подшипники и др. Получаемые из заявляемого препрега антифрикционные изделия обладают высокой износостойкостью при небольшой толщине антифрикционного покрытия, защищающего поверхность металла от фреттинг-коррозии.
Примеры осуществления
Пример 1.
В реактор, снабженный мешалкой, загружают 6 мас.% каучука СКН-40КНТ (ТУ 38.40312-2000) и 27 мас.% этилацетата (ГОСТ 22300-76) и перемешивают в течение 40 часов до полного набухания. Затем загружают 10 мас.% смолы СФ-3021К (ГОСТ 18694-80), 11 мас.% смолы 101К (ТУ 6-10-1261-80) и 46 мас.% ацетона (ГОСТ 2786-84) и перемешивают при 40°С до полного растворения. Таким образом получают связующее 27 мас.% концентрации.
Ткань техническую арт.5392-81 (ТУ 8278-124-35227510-2005) пропитывают связующим на пропиточной машине типа УПСТ-1000. Содержание связующего в препреге составляет 14 мас.%.
Полученный препрег антифрикционного материала формуют на несущей основе. Несущей основой может быть втулка, шарнир, опора и т.д. Для определения свойств изделий используют пластины из нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т. На подготовленную поверхность основы накладывают препрег полифеновой поверхностью вверх. Отверждение ведут по режиму: удельное давление 40±5 кгс/см2, температура 200±5°С, выдержка 3 ч.
Примеры 2, 3 осуществляют аналогично примеру 1. Составы связующего приведены в таблице 1, составы препрегов - в таблице 2, свойства антифрикционных изделий по примерам 1-3 - в таблице 3.
| Таблица 1 | |||
| Наименование компонентов | Состав по примерам, мас.% | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Смола фенолоформальдегидная СФ-3021К | 10,0 | 11,0 | 12,0 |
| Смола алкилфеноламинная 101К | 11,0 | 13,0 | 14,0 |
| Каучук СКН-40КНТ | 6,0 | 7,0 | 6,5 |
| Этилацетат | 27,0 | 26,0 | - |
| Ацетон | 46,0 | 43,5 | 42,0 |
| Бутилацетат | - | - | 25,0 |
| Таблица 2 | |||
| Наименование компонентов препрега | Состав по примерам, мас.% | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Связующее | 14 | 24 | 18 |
| Тканый наполнитель: | |||
| Ткань техническая арт.5392-81 (ТУ 8278-124-35227510-2005) с поверхностной плотностью не более 350 г/м2 | 86 | 76 | - |
| Ткань техническая арт. 5387/2-79 (ТУ 8278-125-35227510) с поверхностной плотностью не более 700 г/м2 | - | - | 82 |
Из результатов таблицы 3 следует, что из заявляемого связующего и препрега получают антифрикционные изделия с более высокими прочностными и антифрикционными свойствами. Прочность при отслаивании от металла выше по сравнению с прототипом в 1,7-1,9 раза, сохранение прочности после воздействия воды в течение 15 суток составляет 70%, в то время как у прототипа прочность уменьшается в 2 раза, коэффициент трения - ниже в 1,9-2,2 раза. Полученные из заявляемого препрега антифрикционные изделия способны длительно эксплуатироваться при высоких температурах. Кроме того, из заявляемого препрега можно изготавливать антифрикционные покрытия требуемых толщин (от 0,27 до 0,5 мм) на поверхностях трения скольжения, обеспечивая при этом высокие значения износостойкости - интенсивность линейного износа составляет не более 1×10-9.
1. Связующее для получения антифрикционных изделий, включающее фенолформальдегидную смолу и органический растворитель, отличающееся тем, что в качестве фенолформальдегидной смолы оно содержит резольную фенолформальдегидную смолу и дополнительно содержит низкомолекулярную алкилфеноламинную смолу и бутадиеннитрильный каучук при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| резольная фенолформальдегидная смола | 10,0-12,0 |
| низкомолекулярная алкилфеноламинная смола | 11,0-14,0 |
| бутадиеннитрильный каучук | 6,0-7,0 |
| органический растворитель | остальное |
2. Связующее для получения антифрикционных изделий по п.1, отличающееся тем, что в качестве органического растворителя могут быть использованы этилацетат, ацетон, бутилацетат.
3. Препрег, включающий связующее и тканый наполнитель, состоящий из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из высокопрочных органических волокон, отличающийся тем, что в качестве связующего используют связующее по п.1, а внутренний слой тканого наполнителя выполнен из высокопрочных высокомодульных полиимидных волокон при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| связующее | 14-24 |
| тканый наполнитель | 76-86 |
4. Изделие, отличающееся тем, что оно выполнено из препрега по п.3.
