Полимерная композиция для изделий

Изобретение относится к полимерной композиции, которая может быть использована для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и других деталей конструкционного назначения машин и механизмов. Композиция содержит следующее соотношение компонентов, мас.%: 80-90 ароматического полиамида фенилона С-2 и 10-20 углеродного волокна с покрытием. В качестве углеродного волокна с покрытием используют гидратцеллюлозное углеродное волокно Урал-Т-24-Cu, покрытое медью, нанесенной электрохимическим способом, в количестве 50 мас.% по отношению к весу волокна. Изобретение позволяет повысить ударную вязкость композиции на 36-70% и ее износостойкость в 1,8-2,25 раза. 1 табл.

 

Изобретение относится к полимерным композициям на основе полиамидов и модифицированных углеродных волокон и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и других деталей конструкционного назначения машин и механизмов.

Известны полимерные композиции на основе ароматических полиамидов, которые содержат углеродные волокна с поверхностью, модифицированной аминогруппами (см. Burya A.I., Arlamova N.T., Ilyshonok V.V. Self-lubricated carbon plastics based on aromatic polyamide phenilon C-2/5^Th International Symposium INSYCONT98, Poland, Cracow, 1998, p.15-20), углеродные волокна с поверхностью, модифицированной хлором (см. Буря А.И., Арламова Н.Т. Влияние гибридных наполнителей на триботехнические характеристики композиционных материалов. / Материалы международного научно-практического симпозиума «Наземная и аэрокосмическая трибология - 2000. Проблемы и достижения», Санкт-Петербург, 2000, с.157-159). Недостатком известных композиций являются очень низкие показатели ударной вязкости.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является полимерная композиция на основе ароматического полиамида фенилон C-2 и гидратцеллюлозного углеродного волокна с углеродным покрытием. Содержание углеродного покрытия 12-15 мас.% по отношению к весу волокна (см. патент Украины №65671, МПК⁴ C08J 5/06, C08J 5/16, C08L 77/00, В32В 27/04, опубл. 15.04.2004 г. - Прототип). Известная композиция обладает недостаточными показателями ударной вязкости и износостойкости.

Задача изобретения - создание полимерной композиции путем армирования ароматического полиамида фенилон C-2 гидратцеллюлозным углеродным волокном с медным покрытием для повышения триботехнических характеристик.

Поставленная задача решается тем, что полимерная композиция для изделий содержит ароматический полиамид фенилон C-2 (ТУ6-05-226-72) и гидратцеллюлозное углеродное волокно Урал-Т-24-Cu (ТУ 1916-025-18070047-2006), покрытое медью, нанесенной электрохимическим способом, в количестве 50 мас.% по отношению к весу волокна, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ароматический полиамид фенилон С-2 - 80-90

углеродное волокно с медным покрытием Урал - Т-24-Cu - 10-20

Пример 1. Полимерную композицию из фенилона С-2 (90 мас.%) и углеродного волокна с медным покрытием Урал - Т-24-Cu (10 мас.%) приготавливали путем смешения во вращающемся электромагнитном поле (0,15 Тл) с помощью ферромагнитных частиц, которые извлекались из композиции методом магнитной сепарации. Композицию перерабатывали в изделия методом компрессионного прессования при следующем режиме: сушка композиции проводилась в термошкафу в течение 2-3 часов при температуре 473-523 К; загрузка композиции в пресс-форму, разогретую до 528 К; нагрев до 598 К и выдержка при этой температуре на протяжении 10 минут без давления; после чего давление увеличивали до 55 МПа, при таких температуре и давлении материал выдерживали 5 минут. Далее изделие охлаждали под давлением до температуры 523 К и выталкивали из пресс-формы.

Исследования проводили по следующим методикам. Ударную вязкость определяли по методу Шарпи (ГОСТ 4647) на маятниковом копре КМ-0,4 при температуре 23±2°С и относительной влажности 50±5%.

Трение осуществляли на машине трения МДП-1 по схеме диск-палец диск (⊘ 350 мм сталь 45, R_a 0,16-0,32 мкм) - пальчик (⊘ 10 мм; высота 10-12 мм) при давлении 2,5 МПа, скорость скольжения 1,0 м/с.

Испытуемый образец устанавливался в специальном образцедержателе, который связан с упругой балочкой тензометрической системы измерения силы трения.

Измерительная система включает упругую балку с наклеенными терморезисторами, тензометрический усилитель УТ-8 и светолучевой осциллограф К-113, что позволяет вести непрерывную запись силы трения. Нагрузка в паре трения создавалась стандартной резиновой диафрагмой при регулируемом давлении сжатого воздуха. Температура вблизи поверхности трения регистрировалась термопарой, сигнал от которой поступал на электронный потенциометр КСП-4.

Пример 2. Полимерную композицию из фенилона С-2 (83 мас.%) и углеродного волокна с медным покрытием Урал - Т-24-Cu (17 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.

Пример 3. Полимерную композицию из фенилона С-2 (80 мас.%) и углеродного волокна с медным покрытием Урал - Т-24-Cu (20 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.

Пример 4. Полимерную композицию из фенилона С-2 (91 мас.%) и углеродного волокна с медным покрытием Урал - Т-24-Cu (9 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.

Пример 5. Полимерную композицию из фенилона С-2 (79 мас.%) и углеродного волокна с медным покрытием Урал - Т-24-Cu (21 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1.

Пример 6. Полимерную композицию из фенилона С-2 (85 мас.%) и углеродного волокна с углеродным покрытием (15 мас.%) приготавливали, перерабатывали в изделия и исследовали согласно ГОСТов и методик, приведенных в примере 1 (прототип).

Свойства полимерных композиций предлагаемого изобретения и известной композиции (прототипа) приведены в таблице.

№ примера	Состав композиций, мас.%	Ударная вязкость, кДж/м2	Весовой износ, мг/км
фенилон С-2	Урал - T-24-Cu
1	90	10	40,5	0,16
2	83	17	58,2	0,13
3	80	20	47,2	0,15
4	91	9	35,4	0,18
5	79	21	30,4	0,20
6*	85	15	34,7	0,29
* - прототип

Анализ результатов, приведенных в таблице, позволяет заключить, что заявляемые композиции на основе ароматического полиамида фенилон С-2 превышают известную по ударной вязкости - на 36-70%, износостойкости - в 1,8-2,25 раза.

Правильность выбранных соотношений компонентов подтверждается контрольными примерами №4-5.

По мнению авторов, положительный эффект обеспечивается активным влиянием волокна Урал - T-24-Cu на структуру фенилона, что подтверждается методом ИК-спектрального анализа.

Благодаря высоким физико-механическим свойствам полимерная композиция может использоваться для изготовления деталей подвижных сочленений машин, металлургического и химического оборудования.

Полимерная композиция для изделий, содержащая ароматический полиамид фенилон С-2 и углеродное волокно с покрытием, отличающаяся тем, что в качестве углеродного волокна с покрытием содержит гидратцеллюлозное углеродное волокно Урал-Т-24-Cu, покрытое медью, нанесенной электрохимическим способом, в количестве 50 мас.% по отношению к весу волокна при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ароматический полиамид фенилон С-2	80-90
Вышеуказанное гидратцеллюлозное углеродное волокно	10-20