Антифрикционный композиционный материал
Владельцы патента RU 2495060:
Федеральное государственное унитарное предприятие Особое конструкторско-технологическое бюро "ОРИОН" (RU)
Изобретение относится к композиционным материалам на основе полимеров, в частности, в качестве конструкционных материалов для создания узлов трения, где применение смазок и воды ограничено или недопустимо. Композиция содержит полиэтилен низкого давления и в качестве добавки медный поликомплекс полиакриламида, в состав которого введен комплекс Nd, структурной формулы бис-[2-(2-оксо-3,5-ди-трет-бутилфенил-имино)-4,6-ди-трет-бутил-циклогекса-3,5-диенон]Nd. Полученная композиция характеризуется низким коэффициентом трения и высокой твердостью, а также обладает пониженными линейным и весовым износом. 2 табл., 5 пр.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании антифрикционных материалов на основе полимеров, в частности композиционных материалов для создания узлов трения, где применение смазок и воды ограниченно или недопустимо.
Известен композиционный материал на основе полиэтилена низкого давления (ПЭНД), содержащий в качестве добавок - термообработанный силикат и галогенсодержащий олигомер (пат. 22883325, 2004 г., C08L 23/02) Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому изобретению является антифрикционная полимерная композиция, содержащая полиэтилен низкого давления и в качестве добавки бис-[2-(2-оксо-3,5-ди-трет-бутилфенилимино)-4,6-ди-трет-бутил-циклогекса-3,5-диенон]Al(III), представляющий собой комплекс А1 (пат. 2445323, 25.08.2010, C08J).
Однако, изделия, полученные из известной композиции, имеют значительные линейный и весовой износ и недостаточную твердость, что снижает срок их службы.
Перед авторами стояла задача увеличения срока службы узлов трения, работающих в сухую, путем снижения весового и линейного износа, повышения твердости.
Эта задача решена тем, что композиционный материала содержит полиэтилен низкого давления и добавку, представляющую собой медный поликомплекс полиакриламида, в состав которого введен комплекс Nd, при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
| Полиэтилен низкого давления | 50-55 |
| Комплекс Nd | 0,01 |
| Медный поликомплекс полиакриламида | 49,99-44,99 |
Предлагаемый антифрикционный композиционный материал получают следующим образом:
Сначала получают добавку. Для этого 0,2 г медного порошка растворяют в 40 мл 10% раствора аммиака. Полученный раствор смешивают с 40 мл 6%-го водного раствора полиакриламида. Далее из полученного раствора ацетоном или этиловым спиртом в соотношении 1:1 к полученному объему, высаждают медный поликомплекс полиакриламида. При этом в раствор ацетона или этилового спирта в качестве инициатора процесса высаждения предварительно вводят 0,01 г/л комплекса Nd.
Комплекс Nd представлен структурной формулой:
где Bu-t обозначает третичный бутил. Указанный комплекс бис-[2-(2-оксо-3,5-ди-трет-бутилфенилимино)-4,6-ди-трет-бутил-циклогекса-3,5-диенон]
Nd(III) синтезирован путем добавления к раствору 2.66 г (12 моль) 3,5-ди-трет-бутил-1,2 дигидроксибензола в 60 мл этанола при перемешивании раствора 0,72 г (3 моль) гексагидрата неодима хлорида (III) в 30 мл этанола. После добавления 5 мл 25% водного раствора аммиака раствор встряхивался (или барботировался воздухом) в течении 5 часов. Выпавший осадок отделили фильтрованием и промыли 10 мл воды а затем 10 мл этанола. Осадок кристаллизовали из хлороформа. Полученный комплекс Nd растворяется в бензоле, толуоле, обладает устойчивостью к высоким температурам (Тпл=170°C) и выдерживает хромотографическую очистку на оксиде алюминия, при которой большинство координационных соединений металлов подвергаются деструкции. Совокупность приведенных данных позволяет считать его перспективным объектом в качестве компонентов катализатора или инициатора радикальных процессов при различных условиях использования.
Вводимый в раствор комплекс Nd не только выполняет роль инициатора процесса высаждения, но и входит в состав полученного медного поликомплекса полиакриламида и повышает, таким образом, степень кристалличности получаемого композиционного материала. В свою очередь, повышение степени кристалличности способствует не только улучшению антифрикционных характеристик, но и повышению твердости материалов. Затем полученный медный поликомплекс полиакриламида сушат при температуре 60-65°C, в течении 1.5 часа после сушки его размалывают до порошка. Порошок просевают через сито №4.
Далее полученный порошок медного поликомплекса полиакриламида смешивают с полиэтиленом низкого давления (например, полиэтилен марки 277) до однородной массы и прессуют изделия.
Составы разработанных по изобретению композиционных материалов приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||
| Компоненты | Содержание масс.% | по прототипу | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Полиэтилен низкого давления | 50 | 50 | 52,5 | 55 | 98 |
| Медный поликомплекс Полиакриламида | 50 | 49,99 | 46,49 | 44,99 | |
| Комплекс Nd | - | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 2 |
Полученные методом прессования из разработанного композиционного материала образцы подвергали комплексу физико-механических и трибологических испытаний.
При этом контролировались следующие основные параметры: коэффициент трения, линейный и весовой износ, твердость.
Коэффициент трения определяли на торцевой машине трения при скорости относительного скольжения V=0.0735 м/с, нагрузке 5МПа, при отсутствии смазки в зоне трения. Твердость определяли на приборе АС-111 (Производство Венгрия) Продолжительность испытаний на машине трения - 7 часов. Введение в высадитель комплекса Nd способствует не только увеличению скорости высаждения, но и более полному высаждению медного поликомплекса полиакриламида из раствора. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||
| Композиция | Прототип | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Твердость кг/мм2 | 11,0 | 12,9 | 11,1 | 10,69 | 7,4 |
| Коэффициент трения при V=0.0735 м/с. Руд=5 мПа, всухую | 0,11 | 0,09 | 0,07 | 0,07 | 0,09 |
| Весовой износ, г | 0,006 | 0,006 | 0,004 | 0,004 | 0,007 |
| Линейный износ, мкм | 0,052 | 0,047 | 0,046 | 0,049 | 0,54 |
| Скорость высаждения медного поликомплекса полиакриламида г/мл | 0,14 | 0,28 | 0,27 | 0,27 | - |
Как видно из таблицы 2 применение разработанного антифрикционного композиционного материала для узлов трения, работающих без смазки, способствует значительному увеличению срока службы трущихся узлов за счет снижения линейного и весового износа а так же повышению твердости изделия.
На основании вышеизложенного считаем, что предлагаемое решение задачи соответствует всем критериям, необходимым для признания его изобретением и может быть защищено патентом Российской Федерации.
Антифрикционный композиционный материал, содержащий полиэтилен низкого давления и добавку, отличающийся тем, что он содержит в качестве добавки медный поликомплекс полиакриламида, в состав которого введен комплекс Nd, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Полиэтилен низкого давления | 50-55 |
| Комплекс Nd | 0,01 |
| Медный поликомплекс | |
| полиакриламида | 49,99-44,99 |
