Полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 2-меркаптобензотиазола

Изобретение относится к полимерному материаловедению, а именно к износостойкой полимерной композиции триботехнического назначения, применяемой для изготовления подшипников скольжения в узлах трения машин, механизмов, для изготовления износостойких футеровок, применяемых для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей. Полимерная композиция содержит следующие компоненты в мас.%: 90,0-99,5 сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и 0,5-10,0 2-меркаптобензотиазола в качестве модификатора. Изобретение позволяет повысить прочность, износостойкость и надежность деталей узлов, уменьшить интенсивность массового изнашивания материала. 1 табл.

 

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в качестве износостойкого полимерного композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) для изготовления подшипников скольжения в узлах трения машин, механизмов и для изготовления износостойких футеровок, применяемых для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей.

К большинству современных функциональных и конструкционных материалов на основе полимерных матриц предъявляют комплекс требований по стойкости к действию масел, физико-механическим, износостойким, теплофизическим и другим характеристикам. В связи с этим при создании полимерных композитов необходимо подобрать компоненты, которые оказывают комплексное воздействие на полимерную матрицу, обеспечивая синергический эффект.

Известна полимерная композиция конструкционного назначения на основе СВМПЭ и волокнистых наполнителей (см. RU №2346963, кл. C08L 23/06, С08К 13/04, С08К 7/02, опубл. 20.02.2009), предлагаемая для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и других деталей конструкционного назначения. Композиция состоит из СВМПЭ и содержит в количестве от 5 до 25 мас. % волокнистый наполнитель. В качестве волокнистого наполнителя используют смесь волокон длиной 2-3 мм, состав которой состоит из 70 мас. % полиоксадиазольного волокна и 30 мас. % волокон из хлопчатобумажной пряжи.

Недостатками известной композиции является невысокая стойкость к истиранию частицами повышенной твердости.

Полимерный композит (см. RU №2087490, кл. C08F 292/00, опубл. 20.08.1997), предназначенный для получения пленок, протезов, цилиндрических стержней, листовых материалов, панелей и включает, в мас. %: 25,5-92,0 ультравысокомолекулярного линейного полиэтилена с высокой молекулярной массой и температурой плавления кристаллитов выше 143°С, при этом полиэтилен способен к понижению температуры плавления при повторном плавлении, по меньшей мере, на 3°С и имеет кристаллическую морфологию, проявляющуюся в бимодальном распределении параметра складывания молекулярных цепей в кристаллической решетке и 8,0-74,5, по меньшей мере, одного наполнителя с поверхностью от нейтральной до кислотной.

Недостатками известного материала являются низкая устойчивость к ударным нагрузкам, невысокая стойкость к истиранию частицами повышенной твердости.

Известна полимерная композиция на основе СВМПЭ и порошка оксида алюминия Al2O3 (см. RU №2381242, кл. C08L 23/06, В82В 1/00, опубл. 10.02.2010), предназначенная для защиты поверхностей ковшей экскаваторов, бункеров, кузовов самосвалов и других механизмов от абразивного износа в режиме ударных нагрузок. В качестве наполнителя использован оксид алюминия Al2O3 модификации корунд двух фракций с размером 0,1 мм и размером 0,3 мм при соотношении 1:2 и в общем количестве 18 мас. %. В качестве полимерной матрицы применяется предварительно механоактивированный СВМПЭ в планетарной мельнице АГО-2С.

Недостатками известной композиции являются низкая прочность, невысокая стойкость к истиранию частицами повышенной твердости, высокая стоимость производства.

Известно изобретение способа получения устойчивого к окислению материала СВМПЭ (см. RU №2495054, кл. C08F 8/00, A61F 2/30, опубл. 13.05.2008). Способ включает формование СВМПЭ с добавкой и обработку гамма-лучами или электронным пучком. Облучение проводят на воздухе при обычных атмосферных условиях дозой от 2 до 20 Мрад. Облученная заготовка имеет окислительный индекс после искусственного старения такой же или ниже, чем стандартный материал СВМПЭ.

Однако технологический процесс его изготовления требует специального дорогостоящего оборудования, в частности, гамма излучателя. Недостатками композиции являются невысокая стойкость к истиранию частицами повышенной твердости, высокая стоимость производства.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому материалу является композиция на основе СВМПЭ с терморасширенным графитом в качестве модификатора (см. RU №2535216, кл. C08J 5/16, C08L 23/06, С08К 3/04, опубл. 10.12.2014). Для получения композиции в СВМПЭ вводили измельченный терморасширенный графит. Помещая расчетную массу полимера и наполнителя в высокооборотный смеситель, смешивали до получения однородной массы. Из полученной смеси композиции прессуют образцы для испытания. Образцы получали горячим прессованием при давлении 10 МПа и температуре 180°С. Введение в исходный материал неорганического модификатора терморасширенного графита при следующем соотношении компонентов (мас. %): терморасширенный графит - 2,0; СВМПЭ - остальное, позволяет получить композиционный материал, обладающий износостойкостью, несущей способностью, стабильным коэффициентом трения и повышенными деформационно-прочностными показателями.

К недостаткам материала следует отнести высокую стоимость терморасширенного графита, недостаточную износостойкость и прочность.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в разработке износостойкого композиционного материала для изготовления деталей в узлах трения, машин и других механизмов, эксплуатирующихся в условиях абразивного изнашивания в агрессивных средах.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении прочности, износостойкости и надежности узлов, уменьшении интенсивности массового изнашивания материала.

Поставленная задача достигается за счет того, что полимерная композиция триботехнического назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), содержащая модификатор, отличается тем, что в качестве модификатора содержит 2-меркаптобензотиазол при следующем соотношении компонентов, мас. %: СВМПЭ - 90,0-99,5; 2-меркаптобензотиазол - 0,5-10,0.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с известными признаками свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, повышение надежности деталей узлов, в частности, подшипников скольжения в узлах трения, машин, механизмов и износостойких футеровок, применяемых для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей.

Заявляемая композиция состоит из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и 2-меркаптобензотиазола (2-МБТ).

Сущность изобретения состоит в следующем: в СВМПЭ вводится добавка модификатора в количестве 0,5-10 мас. %. В качестве модификатора используется 2-МБТ, при этом наблюдается значительное повышение износостойкости материала в 2-3 раза, в зависимости от концентрации наполнителя. Введение модификатора позволило увеличить износостойкость и прочность материала.

Разработанный материал применим для изготовления подшипников скольжения в узлах трения, машин, механизмов и для изготовления износостойких футеровок, применяемых для облицовки горнообогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей, а также других конструкционных изделий различного функционального назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива.

Для изготовления композитов используют СВМПЭ, например, марки Ticona GUR-4022 (Celanese, Китай), с молекулярной массой 5,3×106 г/моль, со средним размером частиц 145 мкм и плотностью 0,93 г/см3, физико-механические свойства которого указаны в таблице.

В качестве модификатора СВМПЭ используют 2-МБТ (см. ТУ 6-09-4012-75), который применяется в качестве кислотного ускорителя вулканизации, придающий резинам стойкость к старению.

В рамках исследования использовались следующие соотношения компонентов: 2-МБТ - 0,5; 1; 2; 5; 10; 15; 20 мас. %, СВМПЭ - 80; 85; 90; 95; 98; 99; 99,5 мас. %.

Изготовление композитов из СВМПЭ проводилось методом горячего прессования по стандартной технологии, а именно, прессованием при температуре 175°С, давлении 10 МПа и выдержке 20 мин с последующим охлаждением до комнатной температуры. Порошки СВМПЭ и 2-МБТ смешивали в лопастном смесителе в сухом виде со скоростью вращения перемешивающих устройств 1200 об/мин.

Использование 2-МБТ позволяет без усложнения технологических операций получать полимерные композиционные материалы на основе СВМПЭ с повышенными прочностными и износостойкими свойствами. Физико-механические свойства композитов исследовали на разрывной машине AGS-J (Shimadzu, Япония) по методике ГОСТ 11262-80 при скорости движения подвижных захватов 50 мм/мин. Модуль упругости при растяжении определяли по методике ГОСТ 9550-2014. Триботехнические характеристики определяли на трибомашине UMT-3 (CETR, США). Коэффициент трения определяли по методике ГОСТ 11629-75. Схема трения «палец-диск». Образцы с диаметром 10,00±0,02 мм. Контртело - стальной диск из стали 45 с твердостью 45-50 HRC, шероховатость Ra=0,06-0,08 мкм. Удельная нагрузка - 1,9 МПа, линейная скорость скольжения - 0,5 м/с. Время испытания 3 ч.

Для определения массового износа образцы обрабатывали этиловым спиртом и взвешивали на аналитических весах до и после трения. После обработки этиловым спиртом образцы оставляли на сутки для того, чтобы испарился спирт.

В таблице приведены значения физико-механических и триботехнических характеристик заявляемой композиции. Полученные результаты показывают, что наилучшей износостойкостью обладает композиция СВМПЭ с 1% содержанием 2-МБТ: у заявляемой композиции интенсивность весового изнашивания при нагрузке 150 Н в 5,7 раз меньше, чем у прототипа, а по сравнению с исходным СВМПЭ в 3 раза. При этом достигнуто увеличение прочности при растяжении у заявляемой композиции на 23% по сравнению с прототипом, а по сравнению с исходным СВМПЭ - на 34%.

δ - Предел прочности при растяжении, МПа; ε - относительное удлинение при разрыве, %; Ер - модуль упругости при растяжении, МПа; Н - твердость при сжатии, Н/мм2; f - Коэффициент трения; J - Скорость массового изнашивания, мг/ч; δсд2,5 - деформация при 2,5%, МПа; δcд10 - деформация при 10%, МПа; δсд25 - деформация при 25%, МПа.

Полимерная композиция на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), содержащая модификатор, отличающаяся тем, что в качестве модификатора содержит 2-меркаптобензотиазол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

СВМПЭ 90,0-99,5
2-меркаптобензотиазол 0,5-10,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сшиваемой композиции для ротационного формования, а также к изделиям, полученным путем ротационного формования. Композиция содержит, по меньшей мере, один полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), по меньшей мере, один линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), по меньшей мере, один сшивающий агент, выбранный из органических пероксидов, и, по меньшей мере, один со-сшивающий агент, выбранный из аллильных соединений.

Изобретение относится к составу полиолефина, его получению и использованию в качестве модификатора ударопрочности в смесевых композициях полиолефина. Состав полиолефина содержит (A) 5-35 вес.% полимера на основе пропилена, содержащего не менее 90 вес.% пропиленовых звеньев и содержащего не более 10 вес.% фракции, растворимой в ксилоле при 25° С (XSA), (B) 25-50 вес.% гомополимера этилена, содержащего 5 вес.% или менее фракции, растворимой в ксилоле при 25°С (XSB), по отношению к массе (В), и (C) 30-60 вес.% сополимера этилена и пропилена, содержащего от 25 вес.% до 75 вес.% этиленовых звеньев и содержащего от 55 вес.% до 95 вес.% фракции, растворимой в ксилоле при 25°С (XSC).

Изобретение относится к полиэтиленовой композиции, подходящей для изготовления крышек и колпачков, которая обладает плотностью, равной 950-960 кг/м3, значением ИРС(1/100), равным 4-12, индексом расплава ИР2, равным от 0,2 до 2 г/10 мин, и характеризуется взаимосвязью между значением спирального потока "СП" (измеренным в миллиметрах при 250°С/1000 бар/100 мм/с) и значением СРНС "С" (измеренным в часах), описывающейся соотношением С>200-СП, или, альтернативно, которая обладает плотностью, равной 950-960 кг/м, значением ИРС(1/100), равным 4-12, индексом расплава ИР2, равным от 0,2 до 2 г/10 мин, и характеризуется взаимосвязью между значением спирального потока "СП", значением СРНС "С" и индексом расплава "ИР2" (измеренным в г/10 мин в соответствии со стандартом ISO 1133 при 190°С и нагрузке, равной 2,16 кг), описывающейся соотношением С>(9800-36×СП - 1000×ИР2)/60.

Изобретение относится к составам покрытия, к способам их изготовления и к способам нанесения данных составов покрытия. Способ нанесения покрытия на протяженное трубчатое изделие включает: (a) нагревание протяженного металлического трубчатого изделия; (b) нанесение на протяженное металлическое трубчатое изделие наплавляемого эпоксидного покрытия; (c) нанесение на наплавляемое эпоксидное покрытие состава покрытия; при этом состав покрытия представляет собой расплавленную смесь из следующих компонентов: (i) эпоксидной маточной смеси, (ii) маточной смеси наполнителя, (iii) отверждающей маточной смеси, (iv) полиолефина и, при необходимости, (v) усилителя адгезии, и/или черного или белого концентрата, и/или резины, такой как, например, Kraton G-1657; при этом эпоксидная маточная смесь содержит, мас.%: свыше 50% твердой отверждаемой эпоксидной смолы; 20-40% полиэтилена; 0,1-5% твердого усилителя адгезии; 10-15% полимера, обеспечивающего совместимость; 0-3% наполнителя; при необходимости 1-5% черного концентрата; при необходимости 0,2-1,5% УФ-стабилизатора; при необходимости 0,2-1,5% антиоксиданта; и при этом маточная смесь наполнителя содержит, мас.%: 30-50% полиэтилена или полипропилена; свыше 50% наполнителя; 1-5% полимера, обеспечивающего совместимость; 0,5-2,0% твердого усилителя адгезии; при необходимости 0,2-1,5% УФ-стабилизатора и/или антиоксиданта; при необходимости 1-5% черного концентрата; при необходимости 3-15% резины и при необходимости 3-15% стеклянных волокон или шариков; и при этом отверждающая маточная смесь содержит, мас.%: 10-20% полиэтилена; 70-80% полиолефинового сополимера; 1-10% отверждающего агента и 1-10% наполнителя Данное покрытие можно применять в качестве антикоррозионного покрытия трубы, которую применяют в трубопроводах для нефти, газа и воды.

Изобретение относится к декоративному облицовочному покрытию, не содержащему поливинилхлорид (ПВХ). Декоративное облицовочное покрытие включает упрочненный слой, содержащий носитель, пропитанный не содержащей ПВХ пастой.

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в радиоэлектронике для изготовления морозостойких изделий, обладающих высокой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями.

Изобретение относится к технологии изготовления лопасти ветрогенератора из сэндвич-структур. Описан композиционный материал для сэндвич-структур для изготовления облегченных лопастей ветрогенератора, включающий волокна сверхвысокомолекулярного полиэтилена и волокна стекла, пропитанные полимерным связующим, в котором полимерное связующее модифицировано нанонаполнителями.

Изобретение относится к композиту, содержащему наполнитель на основе целлюлозы, и литым изделиям, полученными из указанного композита. Композит содержит гетерофазный сополимер пропилена (НЕСО), полиэтилен (РЕ) с плотностью в пределах от 935 до 970 кг/м3, наполнитель на основе целлюлозы (CF) и агент, улучшающий совместимость, где количество полиэтилена (РЕ) в композите составляет от 5 до 40 мас.% от общей массы композита, а количество наполнителя на основе целлюлозы (CF) в композите составляет в от 5 до 30 мас.
Изобретение относится к составу полимера этилена и его использованию для производства изделий, например кабельной оболочки и пластиковых деталей автомобилей. Состав полимера этилена содержит: А) 25-75 мас.% полимера этилена, выбранного из гомополимеров (А1) этилена, сополимеров этилена (А2) с содержанием не более 10 мас.% одного или нескольких олефиновых сомономеров и смесей указанных гомополимеров и сополимеров, и B)25-75 мас.% сополимера этилена и пропилена, содержащего от 45 до 70 мас.% этилена.

Изобретение относится к области создания биоразлагаемых полимерных композиционных материалов, имеющих долгосрочный энерго- и ресурсосберегающий эффект, используемых для изготовления пластмассовых изделий с регулируемыми сроками эксплуатации.

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к производству эластомерных материалов уплотнительного назначения, и может быть использовано для внешнего слоя уплотнительных элементов в составе водонефтенабухающих пакеров, применяемых в нефтегазодобывающей промышленности.

Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано при изготовлении сайлентблоков, пыльников, применяющихся в автомобильной промышленности, при изготовлении резинотехнических изделий общего назначения.

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке резин на основе эпихлоргидринового каучука, и может быть использовано в автомобильной, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к новым винилсилановым соединениям, которые могут быть модификаторами при полимеризации сопряженных диеновых мономеров для получения эластомерных полимеров, используемых в производстве резиновых изделий.

Изобретение относится к созданию резиновой смеси на основе бутилового каучука и может быть использовано в шинной и резинотехнической промышленности. Резиновая смесь содержит бутиловый каучук БК-1675, печной технический углерод N326, окисленный активными формами кислорода (АФК), содержащий протоногенные функциональные группы в количестве от 0,6 до 1,6 мг-экв/м2, серу молотую, тетраметилтиурамдисульфид, 2-меркаптобензтиазол, белила цинковые, масло «Норман-538», стеариновую кислоту.
Изобретение относится к способу сшивания эластомера, выбранного из этилен-пропиленового (ЕРМ) и этилен-пропилен-диенового терполимерного (ЕРDМ) эластомеров. Способ содержит этап объединения упомянутого эластомера со следующими компонентами: элементарная сера, пероксид, первый ускоритель серной вулканизации и второй ускоритель серной вулканизации.

Изобретение относится к полимерной промышленности и может быть использовано для производства автомобильных шин, напольных покрытий, промышленных шлангов, транспортеров, лент, ремней, строительных материалов.

Изобретение относится к способу улучшения электроизоляционных свойств композиции полиэфирной смолы. Способ включает введение 0,001-1,0 мас.

Изобретение относится к полимерной промышленности и может быть использовано для изготовления изделий с повышенным уровнем бензомаслостойкости - уплотнителей, ремней, конвейерных лент, шлангов, и деталей с повышенной озоно- и атмосферостойкостью.

Изобретение относится к области полимерных термопластичных композиций, предназначенных для изготовления изделий с повышенным уровнем бензомаслостойкости - уплотнителей, ремней, конвейерных лент, шлангов, и деталей с повышенной озоно- и атмосферостойкостью.

Изобретение относится к полимерному материаловедению, представляет собой полимерную композицию на основе политетрафторэтилена, модифицированного углеродным волокнистым активированным материалом марки УВИС-АК-П в количестве 5 мас.

Изобретение относится к полимерному материаловедению, а именно к износостойкой полимерной композиции триботехнического назначения, применяемой для изготовления подшипников скольжения в узлах трения машин, механизмов, для изготовления износостойких футеровок, применяемых для облицовки горно-обогатительного и горнодобывающего оборудования, износостойких изделий конструкционного назначения, работающих в режиме абразивного изнашивания в среде нефти, масел, смазок, топлива, кислот и щелочей. Полимерная композиция содержит следующие компоненты в мас.: 90,0-99,5 сверхвысокомолекулярного полиэтилена и 0,5-10,0 2-меркаптобензотиазола в качестве модификатора. Изобретение позволяет повысить прочность, износостойкость и надежность деталей узлов, уменьшить интенсивность массового изнашивания материала. 1 табл.

Наверх