Патент на изобретение №2177963
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
(57) Реферат: Изобретение относится к полимерным композициям триботехнического назначения, предназначенным для эксплуатации в узлах трения машин и оборудования. Композиция включает: политетрафторэтилен и 0,1-1,0 мас. % природный алмазный порошок, активированный в планетарной мельнице АГО-2 в течение 5 мин. Изобретение позволяет повысить износостойкость и эластичность композиционного материала и улучшить его прочностные характеристики. 2 табл. Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к разработке полимерных композиционных материалов триботехнического назначения. Известны композиционные материалы триботехнического назначения, предназначенные для эксплуатации в узлах трения машин и оборудования, на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и различных наполнителей. Традиционными наполнителями ПТФЭ, используемыми с целью повышения их износостойкости, сохранения коэффициента трения на уровне исходного полимера, являются вещества, обладающие в силу своих структурных особенностей и химических свойств смазочной способностью: дисульфид молибдена, нитриды бора, кремния, графит, кокс [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 в качестве герметизаторов. Известны также триботехнические материалы на основе ПТФЭ и ультрадисперсных соединений, в том числе 
Наиболее близким по технической сущности к заявленному материалу является малонаполненный композит, содержащий ПТФЭ (99,9-98,5 мас. %) и в качестве наполнителя ультрадисперсный алмазосодержащий порошок (0,1-1,5 мас. %) (прототип) [RU 2114874 С1, 10.07.1998 /Антифрикционная полимерная композиция герметизирующего назначения] .
Данный материал обладает высокой износостойкостью и может эксплуатироваться в условиях повышенных нагрузок, но также характеризуется недостаточной эластичностью, что ограничивает области его применения, например, в качестве сальниковых или манжетных уплотнений и др.
Технической задачей изобретения является повышение износостойкости и эластичности композиционного материала при улучшении его прочностных характеристик.
Достижение положительного эффекта обеспечивается введением в ПТФЭ активированных природных алмазных порошков (ПАП) при следующем соотношении компонентов (мас. %):Активированный природный алмазный порошок (ПАП) – 0,1 – 1,0 Политетрафторэтилен (ПТФЭ) – Остальное Политетрафторэтилен (фторопласт-4) – промышленный продукт ГОСТ 10007-80, представляющий собой белый, рыхлый порошок со степенью кристалличности до спекания 95-98%, после спекания 50-70% и плотностью 2,17-2,19 г/cм3, Tпл – 327oC. Природный алмазный порошок представляет собой смесь высокодисперсных алмазов со средним размером частиц менее 40 мкм, полученный из отходов алмазного сырья после переработки. Предварительная обработка ПАП в планетарной мельнице АГО-2 способствовала уменьшению размеров частиц в 40-80 раз, усреднению дисперсного состава наполнителя и повышению их структурной активности, что привело к трансформации ленточной структуры исходного ПТФЭ в более упорядоченную сферолитную при введении активированного ПАП и, как следствие, к повышению триботехнических и деформационно-прочностных характеристик материала (табл. 2). Диспергирование частиц ПАП и их структурообразующие свойства зарегистрированы методами электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Для получения композиционного материала в ПТФЭ вводили активированный ПАП, помещая расчетное количество наполнителя в полимер, до получения однородной массы. Затем из композиции путем холодного прессования формовали изделия требуемой формы и спекали их в электрической печи при температуре 370  5oС.
Сочетание ПТФЭ и активированного в течение 5 мин ПАП позволяет получить композиционный материал, обладающий высокой износостойкостью и повышенным комплексом деформационно-прочностных характеристик.
Подобные свойства композита заявляемого состава обусловлены влиянием механоактивированного алмазного порошка на процессы формирования структуры.
Пример. 99,0 г политетрафторэтилена и 1,0 г активированного природного алмазного порошка смешивали в лопастном смесителе до получения однородной массы. После смешения композицию сушили в термошкафу при температуре 100-120oС в течение 1 ч. Затем композицию помещали в пресс-форму и прессовали изделие при удельном давлении 50 МПа. Спекание проводили в электрической печи при температуре 3705oС. Охлаждение спеченных изделий проводили непосредственно в печи.
Остальные примеры получения композиционного материала заявляемого состава приведены в таблице примеров.
Методики определения свойств композитаДеформационно-прочностные характеристики композита заявляемого состава определяли на стандартных образцах (ГОСТ 11262-80). Испытания проводили на разрывной машине “Инстрон” (Англия) при скорости перемещения подвижных захватов 100 мм/мин. Триботехнические параметры композита определяли на машине трения СМЦ-2 по схеме вал-втулка. Нагрузка 67 Н, скорость скольжения 0,39 м/с, путь трения 7 км. Исследуемый образец – втулка с внешним и внутренним диаметрами 32  22 мм соответственно, высотой 21 мм, контртело – стальной вал с твердостью 45-50 HRC, шероховатостью 0,06-0,07 мкм.
Технико-экономическая эффективностьКомпозиционный материал заявляемого состава обладает повышенными эластичностью и прочностью в сочетании с повышенной износостойкостью. Как видно из приведенных данных, износостойкость материала возросла по сравнению с исходным полимером в 30-70 раз, прочность при растяжении на 25-35%, эластичность – на 30%; по сравнению с прототипом износостойкость увеличилась в 3-6 раз, прочность при растяжении на 30-40%, относительное удлинение при разрыве на 60%. Оптимальное содержание наполнителя 0,5-1,0 мас. %. Дальнейшее увеличение содержания наполнителя приводит к снижению деформационно-прочностных и триботехнических характеристик. Применение композиционного материала триботехнического назначения заявляемого состава в составе уплотнительных элементов узлов трения машин и механизмов позволит повысить ресурс их работы. Формула изобретения
Активированный природный алмазный порошок – 0,1 – 1,0 Политетрафторэтилен – Остальное РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 15.08.2003
Извещение опубликовано: 10.03.2005 БИ: 07/2005
|
||||||||||||||||||||||||||
