Патент на изобретение №2278878

(54) АНТИФРИКЦИОННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

(57) Реферат:

Изобретение относится к созданию полимерного антифрикционного композиционного материала для подшипников и опор скольжения различного назначения. Антифрикционный композиционный материал содержит в мас.ч.: волокнистый наполнитель 38-70, порошковый наполнитель 1,5-9,8, антиадгезив 0,1-0,9, адгезив 2,4-11,6, связующее 25-47. В качестве связующего содержит фенолоформальдегидную или крезолоформальдегидную смолу в виде новолачной и/или резольной формы, в качестве волокнистого наполнителя смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна, при этом полиоксадиазольное волокно используют в виде сетки, войлока, ткани, нити или рубленой нити, рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, хлопчатобумажное волокно используют в виде нити, рубленой нити, сетки, войлока, ткани или рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, при этом длина рубленой нити полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 3 до 40 мм, а площадь кусочков рубленой ткани из полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 0,6 см² до 16 см², а в качестве порошкового наполнителя содержит графит, оксид алюминия, оксид кремния, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама или сульфид сурьмы, дополнительно содержит в качестве адгезива – поливинилацетат и/или поливинилбутираль и дополнительно содержит в качестве антиадгезива – стеарат цинка и/или стеарат кальция. Технический результат – повышение срока службы за счет снижения суммарного износа в паре трения по стали, снижение интенсивности линейного изнашивания, повышение устойчивости к расслоению, повышение предела прочности при сжатии и ударной вязкости при сохранении в паре трения по стали динамического коэффициента трения. 6 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к созданию полимерного антифрикционного композиционного материала для подшипников и опор скольжения различного назначения.

Известен антифрикционный композиционный материал, содержащий в качестве связующего – фенолоформальдегидную смолу или крезолоформальдегидную смолу, в качестве волокнистого наполнителя смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна, и порошковый наполнитель (см. патент РФ №2137790, МПК С 08 L 61/10, 1998 г.).

Однако известный антифрикционный композиционный материал при своем использовании имеет следующие недостатки:

– недостаточный срок службы из-за высокого суммарного износа в паре трения,

– повышенную интенсивность линейного изнашивания (5×10^-5 мкм/км),

– низкий предел прочности при сжатии (менее 100 МПа),

– недостаточную ударную вязкость (20-27 кДж/м²),

– наличие незначительных расслоений.

Задача изобретения – создание антифрикционного композиционного материала.

Техническим результатом является возможность повышения срока службы за счет снижения суммарного износа в паре трения по стали, снижение интенсивности линейного изнашивания, повышение устойчивости к расслоению, повышение предела прочности при сжатии и ударной вязкости при сохранении в паре трения по стали динамического коэффициента трения.

Технический результат достигается сочетанием компонентов предложенного полимерного антифрикционного композиционного материала, а также количественным соотношением входящих в него компонентов.

Предложенный антифрикционный композиционный материал содержит в качестве связующего – фенолоформальдегидную смолу или крезолоформальдегидную смолу, в качестве волокнистого наполнителя смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна, и порошковый наполнитель, при этом смола используется в виде новолачной и/или резольной формы, в волокнистом наполнителе содержание полиоксадиазольного волокна в его смеси с хлопчатобумажным волокном выбрано от 30 до 70 мас.%, при этом полиоксадиазольное волокно используют в виде сетки, войлока, ткани, нити или рубленой нити, рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, хлопчатобумажное волокно используют в виде нити, рубленой нити, сетки, войлока, ткани или рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, при этом длина рубленой нити полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 3 до 40 мм, а площадь кусочков рубленой ткани из полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 0,6 см² до 16 см², а в качестве порошкового наполнителя содержит графит, оксид алюминия, оксид кремния, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, или сульфид сурьмы, дополнительно содержит в качестве адгезива – поливинилацетат и/или поливинилбутираль и дополнительно содержит в качестве антиадгезива – стеарат цинка и/или стеарат кальция, при следующем содержании компонентов в мас.ч.:

при использовании в материале новолачных форм фенолоформальдегидной смолы или крезолоформальдегидной смолы в качестве отверждающего агента используют гексаметилентетрамин в количестве 9-20 массовых частей от содержания смолы. При этом содержание в материале поливинилацетата в его смеси с поливинилбутиралем выбрано от 30 до 70 мас.%. При этом в качестве порошкового наполнителя материал содержит оксид кремния в форме маршалита или коллоидного кремнезема с размерами частиц от 3 до 10000 нм. При этом в качестве порошкового наполнителя материал содержит оксид алюминия в форме глинозема с размерами частиц от 100 до 20000 нм. При этом в качестве порошкового наполнителя материал содержит графит, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, или сульфид сурьмы с размерами частиц от 100 до 60000 нм. При этом содержание в материале новолачной формы фенолоформальдегидной или крезолоформальдегидной смолы в ее смеси с резольной формой этих же смол выбрано от 30 до 70 мас.%. При этом содержание в материале стеарата цинка в его смеси со стеаратом кальция выбрано от 30 до 70 мас.%.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенный антифрикционный композиционный материал, отличительными являются:

– использование смолы в виде новолачной и/или резольной формы,

– выбор содержания в волокнистом наполнителе полиоксадиазольного волокна в его смеси с хлопчатобумажным волокном от 30 до 70 мас.%,

– использование полиоксадиазольного волокна в виде сетки, войлока, ткани, нити или рубленой нити, рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения,

– использование хлопчатобумажного волокна в виде нити, рубленой нити, сетки, войлока, ткани или рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, при этом длина рубленой нити полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 3 до 40 мм, а площадь кусочков рубленой ткани из полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 0,6 см² до 16 см²,

– содержание в качестве порошкового наполнителя графита, оксида алюминия, оксида кремния, дисульфида молибдена, дисульфида вольфрама, или сульфида сурьмы,

– содержание в качестве адгезива поливинилацетата и/или поливинилбутираля,

– содержание в качестве антиадгезива стеарата цинка и/или стеарата кальция,

– следующее содержание компонентов материала в мас.ч.:

– использование при содержании в материале новолачных форм фенолоформальдегидной смолы или крезолоформальдегидной смолы в качестве отверждающего агента гексаметилентетрамина в количестве 9-20 массовых частей от содержания смолы,

– выбор содержания поливинилацетата в его смеси с поливинилбутиралем от 30 до 70 мас.%,

– содержание в качестве порошкового наполнителя оксида кремния в форме маршалита или коллоидного кремнезема с размерами частиц от 3 до 10000 нм,

– содержание в качестве порошкового наполнителя оксида алюминия в форме глинозема с размерами частиц от 100 до 20000 нм,

– содержание в качестве порошкового наполнителя графита, дисульфида молибдена, дисульфида вольфрама, или сульфида сурьмы с размерами частиц от 100 до 60000 нм,

– выбор содержания новолачной формы фенолоформальдегидной или крезолоформальдегидной смолы в ее смеси с резольной формой этих же смол от 30 до 70 мас.%,

– выбор содержания стеарата цинка в его смеси со стеаратом кальция от 30 до 70 мас.%.

Экспериментальные исследования пары трения предложенного полимерного антифрикционного композиционного материала и стали с твердостью 32-38 HRC, а затем и натурные ходовые испытания штатного комплекта показали его высокую эффективность. Было установлено, что значительно снижен суммарный износ пары трения стали с использованием предложенного антифрикционного композиционного материала, при этом линейный износ предложенного антифрикционного композиционного материала составил 1×10^-7-7×10^-8 мкм/км при сохранении динамического коэффициента трения пары трения 0,09-0,15. Кроме того, в результате исследований было установлено, что предложенный антифрикционный композиционный материал имеет предел прочности при сжатии на уровне 120-180 МПа и ударную вязкость 26-34 кДж/м² при повышении устойчивости к расслоению. Предложенный антифрикционный композиционный материал в паре трения работоспособен с начала натурных ходовых испытаний и не требует своей замены до настоящего времени.

В таблице 1 представлены экспериментальные составы предложенного антифрикционного композиционного материала, а в таблице 2 показаны штатные характеристики опор трения, выполненных из предложенного антифрикционного композиционного материала.

Технология изготовления подшипников и опор скольжения в форме сплошной втулки, разрезной втулки в в виде сегментов, в форме сплошного кольца или в форме полукольца, в форме диска или пластины с любыми рабочими поверхностями скольжения из предложенного антифрикционного композиционного материала на полимерной основе является традиционной и не требует использования специфического технологического оборудования. Технология включает в себя получение полуфабриката пропиткой при комнатной температуре смеси полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокон фенолоформальдегидной или крезолоформальдегидной смолой, содержащей порошковый наполнитель, антиадгезив и адгезив, его сушку и последующее прессование из полуфабриката при температуре 140-160°С изделий заданных геометрических форм.

Предложенный антифрикционный композиционный материал имеет по сравнению с серийной парой трения увеличенный ресурс, низкий динамический коэффициент трения, обладает уменьшенным износом пары трения, а также повышенной ударной вязкостью, повышенным пределом прочности при сжатии, а также повышенной устойчивостью к расслоению.

Штатные характеристики антифрикционного композиционного материала (таблица 2)

Формула изобретения

1. Антифрикционный композиционный материал, содержащий в качестве связующего фенолоформальдегидную смолу или крезолоформальдегидную смолу, в качестве волокнистого наполнителя смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна и порошковый наполнитель, отличающийся тем, что смола используется в виде новолачной и/или резольной формы, в волокнистом наполнителе содержание полиоксадиазольного волокна в его смеси с хлопчатобумажным волокном выбрано от 30 до 70 мас.%, при этом полиоксадиазольное волокно используют в виде сетки, войлока, ткани, нити или рубленой нити, рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, хлопчатобумажное волокно используют в виде нити, рубленой нити, сетки, войлока, ткани или рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, при этом длина рубленой нити полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 3 до 40 мм, а площадь кусочков рубленой ткани из полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 0,6 до 16 см², а в качестве порошкового наполнителя содержит графит, оксид алюминия, оксид кремния, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама или сульфид сурьмы, дополнительно содержит в качестве адгезива поливинилацетат и/или поливинилбутираль и дополнительно содержит в качестве антиадгезива стеарат цинка и/или стеарат кальция при следующем содержании компонентов, мас.ч.:

при использовании в материале новолачных форм фенолоформальдегидной смолы или крезолоформальдегидной смолы в качестве отверждающего агента используют гексаметилентетрамин в количестве 9-20 мас.ч. от содержания смолы.

2. Антифрикционный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что содержание поливинилацетата в его смеси с поливинилбутиралем выбрано от 30 до 70 мас.%.

3. Антифрикционный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что содержит в качестве порошкового наполнителя оксид кремния в форме маршалита или коллоидного кремнезема с размерами частиц от 3 до 10000 нм.

4. Антифрикционный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что содержит в качестве порошкового наполнителя оксид алюминия в форме глинозема с размерами частиц от 100 до 20000 нм.

5. Антифрикционный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что содержит в качестве порошкового наполнителя графит, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, или сульфид сурьмы с размерами частиц от 100 до 60000 нм.

6. Антифрикционный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что содержание новолачной формы фенолоформальдегидной или крезолоформальдегидной смолы в ее смеси с резольной формой этих же смол выбрано от 30 до 70 мас.%.

7. Антифрикционный композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что содержание стеарата цинка в его смеси со стеаратом кальция выбрано от 30 до 70 мас.%.

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 30.03.2008

Извещение опубликовано: 27.07.2009 БИ: 21/2009