Патент на изобретение №2383570
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) АНТИФРИКЦИОННЫЙ ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ
(57) Реферат:
Изобретение относится к антифрикционным древесно-полимерным материалам и может быть использовано в машиностроении для изготовления крупногабаритных подшипниковых и скользящих элементов мало- и средненагруженных узлов трения, работающих при органической смазке. Описан антифрикционный древесно-полимерный материал, выполненный из композиции содержащей измельченную древесину, полимерное связующее – смесь полиэтилена и полипропилена, модификатор полимерного связующего малеиновый ангидрид смазку – смесь минерального масла и полиэтиленового воска и дополнительно – золу-унос. Технический результат – повышение ударной прочности и трибостойкости при изнашивании, снижение водопоглощения антифрикционного материала. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к антифрикционным древесно-полимерным материалам и может быть использовано в машиностроении для изготовления крупногабаритных подшипниковых и скользящих элементов мало- и средненагруженных узлов трения, работающих при органической смазке. Известен антифрикционный материал, включающий, мас.%: моторное масло (17-18), полиэтилен (1,4-1,5), перекись дикумила (0,065-0,070) и цельную древесину (А.С. СССР Недостатком известного антифрикционного материала являются невысокие антифрикционные свойства и сложность изготовления из него изделий антифрикционного назначения. Известен антифрикционный материал, включающий, мас.%: прессованную древесину (72-80), кремнийорганическую жидкость (12-15), минеральное масло (6-9), полиизобутилен (1-3) и графит (1-2) (А.С. СССР Недостатком известного антифрикционного материала является сложность его переработки и высокая горючесть. Известен также состав для получения антифрикционного материала на основе древесины, включающий, мас.%: минеральное масло (20-80), полиэтилен низкого давления (0,5-5) и гудроны растительных масел и технических жиров (15,0-79,5) (А.С. СССР Получаемые путем пропитки древесины известным составом материалы обладают повышенной горючестью и невысокими антифрикционными свойствами. Известна древесная прессовочная масса, используемая для изготовления деталей антифрикционного назначения, содержащая, мас.%: измельченную древесину (48,0-87,0), фенолформальдегидное связующее (10,0-40,0), атактический полипропилен с молекулярной массой 15000-35000 (2,0-10,0) и краситель (1,0-2,0) (А.С. СССР Недостатком известного материала являются низкие антифрикционные и прочностные свойства. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционный материал, содержащий, мас.%: измельченную древесину (60,0-73,0), полимерное связующее – пентапласт (20,5-27,0), модификатор полимерного связующего – Недостатком известного антифрикционного материала является невысокая механическая прочность, особенно в условиях ударных нагрузок, высокая плотность, что затрудняет изготовление крупногабаритных деталей, а также высокие горючесть и водопоглощение. Кроме того, к недостаткам известного материала следует отнести очень низкую производительность изготовления из него антифрикционных деталей, что связано с необходимостью нагрева детали в пресс-форме от 60-70°С до 150-170°С с выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением до температуры 120-130°С. Техническая задача изобретения – повышение ударной прочности и трибостойкости при изнашивании, снижение водопоглощения антифрикционного материала. Техническая задача достигается тем, что антифрикционный древесно-полимерный материал, выполненный из композиции, содержащей измельченную древесину, полимерное связующее, модификатор полимерного связующего и смазку, содержит в качестве полимерного связующего смесь полиэтилена и полипропилена, в качестве модификатора полимерного связующего – малеиновый ангидрид, в качестве смазки – смесь минерального масла и полиэтиленового воска и дополнительно – золу-унос. Антифрикционный древесно-полимерный материал может иметь следующий количественный состав, мас.%:
Изобретение имеет следующие отличия от прототипа: – антифрикционный материал содержит в качестве полимерного связующего смесь полиэтилена и полипропилена; – антифрикционный материал содержит в качестве модификатора полимерного связующего – малеиновый ангидрид; – антифрикционный материал содержит в качестве смазки – смесь минерального масла и полиэтиленового воска; – антифрикционный материал содержит дополнительно – золу-унос. – антифрикционный древесно-полимерный материал может иметь следующий количественный состав, мас.%:
Бинарное связующее полиэтилен-полипропилен обеспечивает взаимную нейтрализацию процессов усадки полимеров и вязкоупругую деформацию древесины. Однако введение полиэтилена в полипропилен способствует их расслоению (фибрилляция) в композиции, в особенности при повышенных и длительных нагрузках. Поэтому для устранения этого недостатка предложено вводить в композит малеиновый ангидрид, который обеспечивает усиление взаимодействия полипропилена и полиэтилена в смеси, а также способствует повышению адгезионного контакта бинарного связующего с древесиной посредством активизации в ней гидроксильных групп, что, в целом, приводит к формированию более однородной структуры композита, а соответственно, к повышению его ударной вязкости и снижению водопоглощения. Введение в композит полиэтиленового воска совместно с минеральным маслом обеспечивает более равномерное распределение масла по поверхности измельченной древесины без значительного его углубления в древесину вследствие загущения масла воском. Это положительно сказывается на армирующих свойствах древесных частиц, также способствуя повышению ударной прочности. Модифицированнные таким образом частицы древесины проявляют в композиции эффект самосмазывания, создавая смазочный слой с высокими механическими свойствами. Введение полиэтиленового воска позволяет получить стабильные триботехнические характеристики образцов. С целью придания композиту трибостойкости при длительной его работе в узлах трения эффективно введение в него частиц золы-уноса. В результате этого достигается реализация механизма стабильного трения в паре композит-сталь, обусловленный возможностью отвода избыточного тепла с поверхности трения частицами золы-уноса, которые аккумулируя тепло, равномерно распределяют его в массе композита с последующим отводом тепла в воздушное пространство. Это позволит повысить ударную прочность и трибостойкость при изнашивании, снизить водопоглощение антифрикционного материала. Заявитель считает необходимым сообщить, что заявленный антифрикционный материал находится в настоящее время в стадии исследования, количественный состав композиции может быть лишь примерным и поэтому находится во втором пункте формулы изобретения. В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено аналогичных технических решений, а также технических решений с указанными отличительными признаками. Заявленный антифрикционный древесно-полимерный материал применим и будет использоваться в отрасли в 2008 г. Для изготовления заявленного антифрикционного материала использовали следующие компоненты:
Зола-унос – отходы сжигания в тепловых станциях Полиэтиленовый воск Антифрикционный древесно-полимерный материал изготавливают следующим образом. ПРИМЕР. Все компоненты вводят в количествах, указанных по примерам (см. табл.1). В лопастной смеситель загружают измельченную древесину с влажностью 3-5%, минеральное масло и полиэтиленовый воск и осуществляют смешение в течение 10 минут. Затем в смеситель загружают механическую смесь полиэтилена и полипропилена (в виде порошков или гранул), малеинового ангидрида, золы-уноса и перемешивают до равномерного распределения компонентов в объеме композиции. Полученную смесь гомогенизируют путем экструзии в червячном экструдере при температуре по зонам: I – 120°С, II – 160°С, III – 180°С, IV – 190°С с последующей грануляцией. Из полученных гранул методом экструзии изготавливают изделия необходимого профиля или образцы для испытаний. ПРИМЕР (прототип) Антифрикционный материал по прототипу выполняли следующим образом. В измельченную древесину дисперсностью 0,2-2 мм, высушенную до влажности 8-10%, добавляли кремнийорганическую жидкость и смесь мелкодисперсного пентапласта с В таблице 1 представлены примеры конкретного выполнения композиций. В таблице 2 представлены сравнительные свойства полученных композиций по примерам, а также по прототипу. Разрушающее напряжение при сжатии определяли по ГОСТ 4651-82, при растяжении – по ГОСТ 11262-80, при изгибе – по ГОСТ 4648-71 на разрывной машине ЦД-10. Ударную вязкость определяли на маятниковом копре КМ-0,5 по ГОСТ 4647-80. Водопоглощение определяли по величине увеличения массы образцов после их выдержки в дистиллированной воде. Коэффициент трения определяли на машине трения СМТ-1 по схеме «вал – частичный вкладыш» при скорости скольжения 0,5 м/с и нагрузке 2,5 МПа. Вкладыш изготавливали из исследуемого материала. В качестве вала использовали ролик из стали 45, диаметром 40 мм с исходной шероховатостью Ra Из таблицы 2 следует, что изготовленный в соответствии с изобретением материал обладает более высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, чем изготовленный по прототипу. Так, плотность предлагаемого материала на 17-34% ниже, чем у известного, что значительно расширяет возможности использования предлагаемого материала для изготовления крупногабаритных изделий. Разрушающее напряжение при сжатии у обоих материалов находится на одном уровне. Разрушающее напряжение при растяжении у предлагаемого материала на 29-78% выше, чем у прототипа, а разрушающее напряжение при изгибе у предлагаемого материала соответственно выше на 23-47%, чем у прототипа. Коэффициент трения предлагаемого материала характеризуется большей стабильностью, а трибостойкость повышается на 18-32%. Ударная вязкость материала по изобретению в 1,8-3,6 раза выше, чем у прототипа. Водопоглощение разработанного материала в 1.8-3,8 раза ниже, чем у известного. Кроме того, производительность изготовления изделий из разработанного материала значительно выше, т.к. материал перерабатывают в изделие непрерывной экструзией, а не прессованием, как по прототипу. Заявленный антифрикционный древесно-полимерный материал был испытан для изготовления подшипников вала соломотряса зерноуборочного комбайна КЗР-10 и показал высокие эксплуатационные свойства, что подтверждает соответствие заявленного технического решения критерию «промышленная применимость».
Формула изобретения
1. Антифрикционный древесно-полимерный материал, выполненный из композиции, содержащей измельченную древесину, полимерное связующее, модификатор полимерного связующего и смазку, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего содержит смесь полиэтилена и полипропилена, в качестве модификатора полимерного связующего – малеиновый ангидрид, в качестве смазки – смесь минерального масла и полиэтиленового воска и дополнительно – золу-унос. 2. Антифрикционный древесно-полимерный материал по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из композиции содержащей, мас.%:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
582095, В27М 1/2, B27K 3/32, опуб. 30.11.77, БИ 
-капролактам (6,0-12,0) и кремнийорганическую жидкость, выполняющую роль смазки (0,05-1,0) (А.С. СССР 
0,32 мкм. Трибостойкость оценивали по изменению температуры в образце при трении (путь трения составляет 4000 м). Плотность определяли методом обмера образцов и взвешивания.