Патент на изобретение №2346963

(54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ КОНСТРУКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к полимерным композициям конструкционного назначения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и волокнистых наполнителей и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и ряда других деталей конструкционного назначения машин и механизмов. Композиция содержит сверхвысокомолекулярный полиэтилен и в количестве от 5 до 25 мас.% волокнистый наполнитель. В качестве волокнистого наполнителя используется смесь волокон длиной 2-3 мм, состав которой состоит из 70 мас.% полиоксадиазольного волокна и 30 мас.% волокон из хлопчатобумажной пряжи. Использование композиции по изобретению позволяет увеличить прочность при сжатии, ударную вязкость и улучшить антифрикционные свойства.

Изобретение относится к полимерным композициям на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и волокнистых наполнителей и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения, уплотнителей, зубчатых колес и ряда других деталей машин и механизмов.

Из уровня техники известен антифрикционный композиционный материал, включающий полиоксадиазольные и хлопчатобумажные волокна, термореактивные фенольные смолы в качестве связующего и различные добавки к связующему, такие как графит и оксид алюминия. Полиоксадиазольные волокна используют в виде сетки, ткани или войлока (см. патент РФ №2137790, МПК C08L 61/10, опубликованный 20.09.1999).

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полимерной композиции является полимерная композиция на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, содержащая волокнистый наполнитель, представляющий собой резаное полиоксадиазольное волокно (см. АДЕРИХА В.Н. и др. О влиянии технологических факторов на механические свойства СВМПЭ, наполненного резанными полиоксадиазольными волокнами. М., 2005 г., 10, №3Э, стр.98-102).

Известная композиция обладает недостаточными показателями ударной прочности, прочности при сжатии, низкими антифрикционными свойствами.

Техническим результатом при использовании заявленного изобретения является повышение прочности при сжатии и трибологических свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что в полимерной композиции конструкционного назначения, состоящей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и волокнистого наполнителя, содержащего резаное полиоксадиазольное волокно, согласно изобретению волокнистый наполнитель дополнительно содержит волокна из хлопчатобумажной пряжи с образованием смеси волокон длиной 2-3 мм, состоящей из 70 мас.% полиоксадиазольных волокон и 30 мас.% волокон из хлопчатобумажной пряжи, при этом соотношение компонентов в композиции следующее, мас.%:

– сверхвысокомолекулярный полиэтилен 75-95,

– волокнистый наполнитель 5-25.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Пример 1. Композицию из сверхвысокомолекулярного полиэтилена 95 мас.% и волокнистого наполнителя, составляющего 5 мас.%, представляющего собой смесь полиоксадиазольных волокна и волокон из хлопчатобумажной пряжи, имеющих длину волокон 2-3 мм при содержании в смеси соответственно 70 мас.% и 30 мас.%, приготавливают путем смешения во вращающемся электромагнитном поле (0,15 Тл) с помощью ферромагнитных частиц, которые извлекают из композиции методом магнитной сепарации. Композицию перерабатывают в изделия методом компрессионного прессования при следующем режиме: загрузка композиции в пресс-форму, разогретую до 353К; нагрев до 418К и выдержка при этой температуре на протяжении 10 минут без давления; после чего давление увеличивают до 50 МПа; при таких температуре и давлении материал выдерживают 5 минут. Далее изделие охлаждают под давлением до температуры 353К и выталкивают из пресс-формы.

Исследования проводили по следующим методикам.

Ударную вязкость определяют по методу Шарпи (ГОСТ 4647) на маятниковом копре КМ-0,4 при температуре 23±2°С и относительной влажности 50±5%. Прочность при сжатии измеряют согласно ГОСТ 4651 на образцах высотой 15±0,5 мм, диаметром 10±0,5 мм.

Трение определяют на машине трения МДП-1 по схеме диск-палец; диск – 350 мм, сталь 45R_a 0,16÷0,32 мкм, пальчик – 10 мм, высота 1012 мм, при давлении 2,5 МПа, скорости скольжения 1,3 м/с.

Испытуемый образец устанавливают в специальном образце-держателе, 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.

Нагрузку в паре трения создают стандартной резиновой диафрагмой при регулируемом давлении сжатого воздуха. Температуру вблизи поверхности трения регистрируют ХК-термопарой, сигнал от которой поступает на электронный потенциометр КСП-4. Для этого в неподвижных исследуемых образцах на цилиндрической поверхности на расстоянии 1,5-2,2 мм от зоны трения просверлено отверстие 15 мм под спай термопары.

Пример 2. Композицию из 85 мас.% сверхвысокомолекулярного полиэтилена 15 мас.% волокнистого наполнителя, состоящего из смеси полиоксадиазольных волокна и волокон из хлопчатобумажной пряжи, имеющих длину волокон 2-3 мм при содержании в смеси соответственно 70 мас.% и 30 мас.%, приготавливают, перерабатывают в изделия и исследуют согласно ГОСТам и методикам, приведенным в примере 1.

Пример 3. Композицию из 75 мас.% сверхвысокомолекулярного полиэтилена 25 мас.% волокнистого наполнителя, состоящего из смеси полиоксадиазольных волокна и волокон из хлопчатобумажной пряжи, имеющих длину волокон 2-3 мм при содержании в смеси соответственно 70 мас.% и 30 мас.%, приготавливают, перерабатывают в изделия и исследуют согласно ГОСТам и методикам, приведенным в примере 1.

Пример 4. Композицию из 96 мас.% сверхвысокомолекулярного полиэтилена 4 мас.% волокнистого наполнителя, состоящего из смеси полиоксадиазольных волокна и волокон из хлопчатобумажной пряжи, имеющих длину волокон 2-3 мм при содержании в смеси соответственно 70 мас.% и 30 мас.%, приготавливают, перерабатывают в изделия и исследуют согласно ГОСТам и методикам, приведенным в примере 1.

Пример 5. Композицию из 70 мас.% сверхвысокомолекулярного полиэтилена 30 мас.% волокнистого наполнителя, состоящего из смеси полиоксадиазольных волокна и волокон из хлопчатобумажной пряжи, имеющих длину волокон 2-3 мм при содержании в смеси соответственно 70 мас.% и 30 мас.%, приготавливают, перерабатывают в изделия и исследуют согласно ГОСТам и методикам, приведенным в примере 1.

Формула изобретения

Полимерная композиция конструкционного назначения, состоящая из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и волокнистого наполнителя, содержащего резаное полиоксадиазольное волокно, отличающаяся тем, что волокнистый наполнитель дополнительно содержит волокна из хлопчатобумажной пряжи с образованием смеси волокон длиной 2-3 мм, состоящей из 70 мас.% полиоксадиазольного волокна и 30 мас.% волокон из хлопчатобумажной пряжи при следующем соотношении компонентов, мас.%: