Патент на изобретение №2354667
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
(57) Реферат:
Описана полимерная композиция триботехнического назначения, содержащая политетрафторэтилен, синтетическую шпинель магния с удельной поверхностью 170-200 м2/г и полимерный наполнитель, причем в качестве наполнителя содержит фторопласт-4 МБ при следующем соотношении компонентов, мас.%: политетрафторэтилен – 93,0-97,0; фторопласт-4 МБ – 2,0-5,0; шпинель магния – 1,0-2,0. 1 табл.
Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к созданию полимерных материалов триботехнического назначения, которые могут быть использованы для изготовления уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного движения и узлов трения. Известны композиционные материалы для изготовления подшипников скольжения, торцовых уплотнений и других элементов узлов трения на основе политетрафторэтилена и неорганических наполнителей различной химической природы [Истомин Н.П., Семенов А.П. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторопластов. – М: Наука, 1987. – 147 с.]. Материалы известны как самосмазывающиеся антифрикционные с малым коэффициентом трения, но имеют низкие деформационно-прочностные характеристики, обладают повышенной жесткостью, что снижает ресурс их работы. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу является антифрикционная полимерная композиция, содержащая политетрафторэтилен (ПТФЭ) (98-99 мас.%) и в качестве неорганического наполнителя – синтетическую шпинель магния (1,0-2,0 мас.%), (прототип) [Патент РФ 2281960 C1; C08J 5/16, C08L 27/18, С08К 3/22. Антифрикционная полимерная композиция / Охлопкова А.А., Попов С.Н., Слепцова С.А., Аввакумов Е.Г., Винокурова О.Б, Гусев А.А. Заявл. 21.03.2005; Опубл. 20.08.2006; Бюл. Технической задачей изобретения является повышение износостойкости композиционного материала при улучшении деформационно-прочностных характеристик. Достижение положительного эффекта достигается введением в композиционный материал на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и синтетической шпинели магния (MgAl2O4) фторопласта-4 МБ при следующем соотношении компонентов, мас.%: ПТФЭ – 93,0-97,0; MgAl2O4 – 1,0-2,0; Ф-4 МБ – 2,0-5,0. ПТФЭ (фторопласт-4) – промышленный продукт ГОСТ 10007-80, представляющий собой белый рыхлый порошок со степенью кристалличности до спекания 95-98%, после спекания 50-70%, плотностью 2,17-2,19 г/см3, температурой плавления 327°С. MgAl2O4 – шпинель магния – продукт, полученный путем механохимического синтеза в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН (г.Новосибирск). Физические параметры шпинели магния: размеры частиц – 80 нм; удельная поверхность – 170-200 м2/г [Патент РФ 2078037 C1, C01B 33/20, 33/26. Способ получения алюмосиликата щелочноземельного металла /Аввакумов Е.Г., Девяткина Е.Т.. Косова Н.В., Ляхов Н.З. – Полимер Ф-4 МБ представляет собой сополимер тетрафторэтилена с гексафторпропиленом (ТФЭ-ГФП), содержащий боковые группы CF3, с температурой плавления кристаллитов 270-290°С и плотностью 2,14-2,17 г/см3, имеет высокую химическую стойкость, атмосферостойкость, высокие прочностные характеристики, низкий коэффициент трения (ТУ 301-05-73-90). Для получения композиции в ПТФЭ вводили фторопласт-4 МБ и синтетическую шпинель магния. Введение шпинели магния в композицию ПТФЭ+Ф-4 МБ привело к образованию более плотной упорядоченной структуры и, как следствие, к повышению триботехнических характеристик материала (табл.1). Структурообразующие свойства частиц шпинели магния зарегистрированы методами электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Для получения композиционного материала в ПТФЭ вводили полимер Ф-4 МБ и шпинель магния, помещая расчетную массу полимеров и наполнителя в высокооборотный смеситель и смешивая до получения однородной массы. Затем из композиции путем холодного прессования делали заготовки требуемой формы и спекали в электрической печи при температуре 370±5°С. Введение в ПТФЭ фторопласта Ф-4 МБ и синтетической шпинели магния позволяет получить композиционный материал, обладающий высокой износостойкостью и повышенными деформационно-прочностными показателями. Пример. 94 г ПТФЭ, 5 г Ф-4 МБ и 1 г MgAl2O4 смешивали в лопастном смесителе до получения однородной массы. После смешения композицию сушили в термошкафу при температуре 100-120°С в течение 1 ч. Затем композицию помещали в холодную пресс-форму и прессовали изделие при удельном давлении 50 МПа. Спекание изделий проводили в электрической печи при температуре 370±5°С (время выдержки 0,3 ч на 10-3 м толщины образца). Полученные изделия охлаждали в печи до 200°С со скоростью 0,03% с последующим свободным охлаждением до комнатной температуры. Охлаждение спеченных изделий проводили непосредственно в печи. За пределами заявляемого соотношения компонентов физико-механические свойства композиции ухудшаются. Остальные примеры получения композиционного материала заявляемого состава приведены в табл.1. Методики определения свойств композита Физико-механические свойства заявляемой полимерной композиции триботехнического назначения определены на стандартных образцах (ГОСТ 11262-80). Испытания проводили на испытательной машине “UTS-2” (Германия) при комнатной температуре и скорости перемещения подвижных захватов 100 мм/мин на лопатках (количество образцов на одно испытание – 10). Массовый износ и коэффициент трения определяли на машине трения СМЦ-2 согласно ГОСТ 11629, схема «вал-втулка» (образец – втулка с внешним и внутренним диаметром 34 и 26 мм, соответственно высотой 22 мм, контртело – стальной вал из стали 45 с твердостью 45-50 HRC и шероховатостью 0,06-0,07 мкм, нагрузка – 67 Н, скорость скольжения – 0,39 м/с). Технико-экономическая эффективность Использование заявляемого изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании, позволяет значительно снизить массовый износ в 370 раз по сравнению с ПТФЭ, в 15 раз по сравнению с прототипом при сохранении, а при некоторых соотношениях компонентов и улучшении значений относительного удлинения при разрыве в 1,3-1,5 раза по сравнению с прототипом. Оптимальное содержание наполнителей: фторопласт-4 МБ – 2,0-5,0 мас.%, MgAl2O4 – 1-2 мас.%. Применение полимерной композиции заявляемого состава позволит значительно повысить ресурс работы изделий в узлах трения машин и оборудования и расширить их область применения.
Формула изобретения
Полимерная композиция триботехнического назначения, содержащая политетрафторэтилен, синтетическую шпинель магния с удельной поверхностью 170-200 м2/г, и полимерный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя содержит фторопласт-4 МБ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
23]. Обладая хорошими физико-механическими характеристиками, материал имеет высокий массовый износ.
р, МПа
p, %