Патент на изобретение №2291166
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФРИКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
(57) Реферат:
Композиция для изготовления фрикционного материала относится к области создания новых композитов с полимерной матрицей. Композиция предназначена для использования в маслоохлаждаемых устройствах мобильных машин и технологического оборудования. Композиция содержит синтетический каучук, вулканизирующую группу, фенолоформальдегидную смолу, слоистый силикат, полисульфоновое волокно и дисперсные наполнители в виде смеси оксидов и сульфатов металлов, выбранных из группы барий, цинк, титан, алюминий, медь, железо, магний, кальций. Изобретение увеличивает износостойкость и коэффициент трения фрикционного материала в среде масла, а также стабилизирует коэффициент трения при переходных процессах. 2 табл.
Изобретение относится к композиционным материалам с полимерной матрицей и может использоваться в машиностроении, металлургии и других отраслях промышленности для изготовления фрикционных деталей, предназначенных для работы в среде масла. Известна композиция для изготовления композиционного фрикционного материала, включающая синтетический каучук, серную вулканизирующую группу, фенолофор-мальдегидную смолу, волокнистый наполнитель, оксид алюминия, баритовый концентрат и слоистый силикат (вермикулит) [1]. Указанная композиция имеет нестабильный и низкий коэффициент трения. Она не предназначена для работы в среде масла. Известна полимерная композиция фрикционного назначения, включающая латекс бутадиен-нитрильного синтетического каучука, вулканизирующую группу, фенолофор-мальдегидную смолу, волокнистый наполнитель, баритовый концентрат, оксид хрома, гидрат окиси кальция, мел и слоистый силикат (вермикулит) [2]. Данная композиция при работе в среде масла имеет нестабильный и низкий момент трения. Кроме того, композиция имеет невысокую износостойкость. Известна также полимерная композиция для изготовления фрикционного материала, включающая синтетический бутадиенсодержащий каучук, вулканизирующую группу, фенолоформальдегидную смолу, дисперсные наполнители – баритовый концентрат, оксид хрома, гидроксид кальция, стеарат кальция, углерод и мел, слоистый силикат (вермикулит), минеральные и органические (полиарамидные) волокна [3]. Недостатками известной композиции является низкая стабильность и величина коэффициента трения в условиях жидкостного режима трения, невысокая износостойкость, термомеханическая прочность и формостабильность при работе в масле. Задачей изобретения является улучшение фрикционных характеристик композиции при работе в среде масла (повышение износостойкости, увеличение коэффициента трения и его стабилизация). Поставленная задача решается тем, что композиция, включающая синтетический каучук, вулканизирующую группу, фенолоформальдегидную смолу, слоистый силикат, дисперсные наполнители, минеральные и органические волокна, согласно изобретению включает в качестве синтетического каучука нитрилсодержащий каучук, в качестве дисперсных наполнителей содержит смесь оксидов и сульфатов металлов, выбранных из группы барий, титан, цинк, алюминий, медь, железо, магний, кальций, в качестве слоистого силиката – тальк, а в качестве органического волокна – полисульфоновое волокно при следующем соотношении компонентов, мас.%
Использование в композиции в качестве синтетического каучука нитрилсодержащего каучука способствует улучшению адгезионного взаимодействия связующего с волокнистыми и дисперсными наполнителями, так как нитрилсодержащие каучуки способны к химическому взаимодействию как с фенолоформальдегидной смолой, так и с функциональными группами минеральных и полисульфоновых волокон. Кроме того, использование нитрилсодержащих каучуков способствует увеличению маслостойкости, а следовательно, и формостабильности фрикционного материала при работе в среде масла. В результате увеличивается износостойкось и стабильность момента трения материала при фрикционном взаимодействии в маслоохлаждаемых узлах трения. Введение в композицию в качестве дисперсных наполнителей смеси оксидов и сульфидов металлов, выбранных из группы барий, титан, цинк, алюминий, медь, железо, магний, кальций, способствует увеличению коэффициента трения и износостойкости фрикционного материала за счет увеличения адгезионного взаимодействия дисперсных компонентов с бинарным (каучук-полимерным) связующим. Выбранные пределы изменения концентрации дисперсных наполнителей являются экспериментально обоснованными и оптимальными с точки зрения достижения максимальной износостойкости, величины и стабильности коэффициента трения. Использование в композиции в качестве слоистого силиката талька способствует снижению степени загрязнения продуктами износа масла, а также существенно улучшает динамику переходных процессов при включении фрикционных узлов, что является следствием стабилизации момента (коэффициента) трения фрикционно-взаимодействующих в среде масла твердых тел. Использование в композиции в качестве органических волокон полисульфонового волокна способствует улучшению фрикционных характеристик материала. Микропористая структура полисульфоновых волокон способствует существенному снижению вероятности перехода от гидродинамического режима к граничному или “сухому” режиму трения. Это приводит к повышению износостойкости материала, снижению тепловой нагруженности узла трения и как следствие – к стабилизации коэффициента трения. Повышению износостойкости фрикционного материала способствует также увеличение адгезии между органическим волокном и связующим. Стабилизация момента трения обеспечивается оптимальным сочетанием полисульфоновых волокон и дисперсных наполнителей. Эффект от использования технического решения не является следствием уже известных изобретений и обнаружен самими авторами. Авторам не известно техническое решение, предусматривающее использование бутадиен-нитрильного каучука, оксидов и сульфатов металлов, выбранных из групы барий, титан, цинк, алюминий, медь, железо, магний, кальций, в сочетании с тальком и полисульфоновым волокном в указанном соотношении. При изучении патентной информации и научно-технической литературы подобные решения не обнаружены. В соответствии с изложенным, заявляемое техническое решение, по мнению авторов, отвечает критерию “существенные отличия”, а положительный эффект достигается лишь в совокупности отличительных признаков. Технология изготовления композиции на основе выбранных компонентов заключалась в следующем. В высокоскоростной смеситель загружали порошкообразные, включая фенолоформальдегидную смолу, и волокнистые компоненты и тщательно в течение пяти минут перемешивали. В двухлопастной смеситель периодического действия (ЗЛ-100-02) загружали пластифицированный синтетический каучук (смесь каучука марки БНКС-28 АМН или СКН-26 и ацетон в соотношении 1:1, ацетон – технологическая среда) и перемешивали две минуты. Затем в процессе перемешивания в каучук порциями добавляли приготовленную в высокоскоростном смесителе смесь сухих компонентов и тщательно перемешивали до получения однородной массы. Смешивание компонентов осуществляли в течение 20 минут. Затем, в процессе дальнейшего перемешивания, в массу малыми порциями добавляли тальк. Такой способ введения слоистого силиката позволяет существенно уменьшить его агрегацию, тем самым – повысить степень дисперсности силикатного компонента. Перемешивание композиции осуществляли в течение 10-15 минут. Полученную массу сушили при температуре 323-343 К до влажности 1,5%. С целью придания полученной массе однородного гранулометрического состава ее дополнительно измельчали в ротационной мельнице. Из полученной однородной пресс-композиции изготавливали стандартные образцы и изделия методом прямого прессования при температуре 458±5 К и давлении 54-62 МПа. Время выдержки образца в пресс-форме под давлением задавали исходя из соотношения 1,5 мин на 1 мм толщины изделия. После прессования образцы подвергали термической обработке при температуре 433 К в течение 0,5 часа. Диапазоны температуры прессования и термообработки выбирали ниже температуры плавления полисульфона, что позволило сохранить его волокнистую и пористую структуру. В таблице 1 указаны составы композиций конкретного выполнения. В таблице 2 представлены фрикционные и прочностные характеристики приведенных выше композиций. В качестве прототипа испытан следующий состав, мас.ч.: синтетический бутадиеновый каучук (СКБ-50Р ТУ 38.303-04-08-93) – 100, серная вулканизирующая группа – 6,2, фенолоформальдегидная смола СФ-342А (ГОСТ 18694-80) – 100, баритовый концентрат – 320, технический углерод П803 – 35, оксид хрома (ГОСТ 2912-79) – 40, гидроксид кальция – 20, мел (ГОСТ 12085-88) – 50, базальтовое волокно (ТУ РБ 02974686; соответствует ГОСТ РСТ УССР 1970-86) – 100, полиарамидное волокно фенилон (ТУ6-07-35-91) – 60. Фрикционные испытания проводили на стандартной машине трения СМЦ-1 по схеме “вал-частичный вкладыш” при скоростях скольжения 0,5-2,5 м/с и удельных нагрузках 0,5-2,0 МПа в среде минерального масла SAE15W40. Коэффициент заполнения емкости маслом 0,4. Образцы контртела изготавливали из стали 45 (ГОСТ 1050-74) твердостью HRC 45-50. Значение статического коэффициента трения (fстат) определяли по величине силы трения в момент начала скольжения образцов относительно друг друга. Коэффициент стабильности коэффициента трения (kf) определяли как отношение численных значений динамического (fдин) и статического коэффициентов трения, причем в качестве числителя использовали меньшее из них: Как следует из представленных данных, предлагаемая композиция для изготовления фрикционного материала обладает более высокими фрикционными свойствами, увеличенной стабильностью коэффициента трения (разностью между динамическим и статическим коэффициентом трения), а также увеличенной термостойкостью в сравнении с известными. Получен новый технический эффект, заключающийся в существенном повышении износостойкости (более 10 раз), увеличении коэффициента трения в среде масла на 50-75% и его стабильности на 18-30%. Составы композиций I-XIII, содержащие отдельные или запредельные предлагаемые компоненты, имеют значительно более низкие показатели, чем композиции, содержащие предлагаемый состав. Таким образом, использование предлагаемой композиции позволит наряду с увеличением ресурса фрикционных узлов машин улучшить динамику переходных процессов в трансмиссиях и повысить эффективность торможения. Источники информации 1. Патент РФ №2001056, МПК5 С 08 J 5/14, C 08 L 61/10, 1993. 2. А.с. СССР 1709719, МПК5 C 08 L 61/10, С 08 К 13/04, С 08 J 5/14, 1993. 3. Патент РФ №2005740, МПК5 С 08 J 5/14, С 08 L 9/00, С 08 К 13/04, С 08 L 9/00, 1994.
Формула изобретения
Композиция для изготовления фрикционного материала, включающая синтетический каучук, вулканизирующую группу, фенолоформальдегидную смолу, дисперсные наполнители, слоистый силикат, минеральные и органические волокна, отличающаяся тем, что в качестве синтетического каучука включен нитрилсодержащий каучук, в качестве дисперсных наполнителей содержит смесь оксидов и сульфатов металлов, выбранных из группы барий, титан, цинк, алюминий, медь, железо, магний, кальций, в качестве слоистого силиката – тальк, в качестве органического волокна – полисульфоновое волокно при следующем соотношении компонент, мас.%:
QB4A – Регистрация лицензионного договора на использование изобретения
Лицензиар(ы): Государственное научное учреждение “Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси” (BY)
Вид лицензии*: НИЛ
Лицензиат(ы): Производственное общество с ограниченной ответственностью “ПФ Поливест” (BY)
Договор № РД0037047 зарегистрирован 06.06.2008
Извещение опубликовано: 20.07.2008 БИ: 20/2008
* ИЛ – исключительная лицензия НИЛ – неисключительная лицензия
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
