Патент на изобретение №2216553
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) АНТИФРИКЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ
(57) Реферат: Изобретение относится к производству антифрикционных полимерных материалов. Антифрикционный полимерный материал выполнен из композиции, содержащей политетрафторэтилен и углеродсодержащую добавку. В качестве добавки композиция содержит 1-10% от массы композиции порошка фуллереновой сажи или порошка фуллереновой сажи после экстракции из нее фуллеренов, содержащего до 50% от начального содержания фуллеренов. Изобретение позволяет получить антифрикционный материал, сочетающий низкий коэффициент трения и высокую износостойкость при низкой стоимости продукта. 1 табл. Изобретение относится к области производства антифрикционных полимерных материалов (АПМ) и может быть использовано при изготовлении опорных поверхностей узлов трения скольжения машин и механизмов, работающих как без смазывания, так и при смазывании водой. Известен политетрафторэтилен (ПТФЭ) – синтетический полимерный продукт полимеризации тетрафторэтилена, который представляет собой материал, сочетающий хорошие антифрикционные и антикоррозионные свойства. В России этот продукт выпускается под названием фторопласт-4, или фторлон-4 (Ф-4 по ГОСТ 10007-80). Однако ПТФЭ обладает повышенным износом и хладотекучестью под нагрузкой, что допускает использование Ф-4 в качестве АПМ лишь при малых нагрузках. Износостойкость ПФТЭ можно повысить введением наполнителей. В качестве наполнителей ПТФЭ известно применение кокса, графита, стекловолокна, угольных волокон, порошков бронзы, меди, свинца и их окислов, а также сочетаний указанных компонентов [1, 2]. Композиции ПТФЭ с углеродными волокнами и графитом хотя и обладают наилучшими противоизносными свойствами, однако имеют высокую стоимость, а технология их изготовления более сложна, чем других композиций. Из материалов на основе ПТФЭ наибольшее применение в настоящее время получили материалы с различной концентрацией порошковых углеродных наполнителей [3, 4] . Для опорных поверхностей узлов трения, работающих в воде, наиболее предпочтительным наполнителем является кокс [4]. Наиболее близким по технической сущности является материал на основе композиции Ф-4К20 [4], содержащей 80% ПТФЭ и 20% каменноугольного кокса (здесь и далее указываются массовые проценты). Эта композиция обладает высокой износостойкостью, малой деформируемостью под нагрузкой и малой гигроскопичностью. Основным недостатком Ф-4К20 является сравнительно высокий коэффициент трения (напр. , при одинаковых контактных давлениях и аналогичных условиях трения по стали – в 2-3 раза выше, чем у Ф-4). Введением углеродных наполнителей обычно достигают компромисса – теряют в антифрикционных свойствах, но при этом увеличивают износостойкость. В известной композиции, описанной в [3], для улучшения износостойкости концентрацию углеродсодержащего наполнителя увеличивали до 40-50% по сравнению с 20% в Ф-4К20, однако введение в Ф-4 свыше 20% наполнителя приводит к резкому уменьшению прочности композита. Задачей изобретения является получение АПМ, сочетающего низкий коэффициент трения Ф-4 и высокую износостойкость Ф-4К20 при достаточно низкой стоимости продукта. Поставленная задача решается путем введения в композицию материала углеродсодержащей добавки в виде порошков материалов, содержащих фуллерены, – принципиально новые углеродные вещества, – в количестве 1-10%. К порошковым фуллеренсодержащим материалам могут быть отнесены: чистые фуллерены; фуллереновые сажи, содержащие от 13-15 до 45% фуллеренов; фуллереновые сажи после экстракции из них фуллеренов, содержащие до 50% от начального содержания в них фуллеренов. Следует отметить, что ограниченный объем производства и высокая стоимость чистых фуллеренов в настоящее время фактически исключают возможность их практического применения в качестве добавок к фторопластам для получения АПМ. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА Способ получения заявляемого материала аналогичен способу получения композиции Ф-4К20 и не требует использования дополнительного оборудования. При этом ПТФЭ в виде порошка фторопласта Ф-4 (ГОСТ 10007-80, марка ПН) загружают в охлаждаемый смеситель и перемешивают в течение времени, необходимого для разрушения агломератов и получения однородного по структуре состава, поддерживая температуру не выше 30oС (в нашем случае – в течение 1-2 мин при скорости вращения смесителя 1800 мин-1). В полученный состав вводят порошок фуллереновой сажи (или каменноугольный кокс и фуллереновую сажу, если получают материал Ф-4К20 с добавками фуллереновой сажи) в количестве, обеспечивающем получение необходимой концентрации компонентов в материале и повторно перемешивают. Затем смесь загружают в пресс-формы и прессуют при давлении 35 ![]() ![]() Испытания проводились на стандартной машине трения 20070-СМТ-1. Образец фторопласта представлял собой плоскую прямоугольного сечения пластину толщиной 7 мм и шириной 10 мм, закрепленную в специальном держателе. Пластина контактировала с роликом из стали марки 18Х2Н4МА (ГОСТ 4543-71), вращающимся с частотой 400 мин-1, что соответствовало линейной скорости скольжения 1 м/с. Рабочая цилиндрическая поверхность ролика шириной 16 мм, обработанная круглым шлифованием, имела шероховатость Ra=0,65 мкм и во время испытаний на 6 мм была погружена в водяную ванну. Испытания проводились при ступенчатом нагружении узла трения последовательно увеличивающимися нормальными нагрузками FN в диапазоне 100-1600 Н. Продолжительность испытания при каждой нагрузке составляла 5 мин. Испытания выполнены по двум схемам, А и В, нагружения узла трения. По схеме А начальный трибоконтакт между образцом и роликом осуществлялся по линии вдоль образующей цилиндрической рабочей поверхности ролика при нормальной нагрузке FN=100 Н. Выработанная на первой ступени нагружения канавка использовалась для дальнейших испытаний по схеме А. При последующем ступенчатом повышении нагрузки размеры канавки износа увеличивались. Площадь канавки износа Sk, определенная в конце испытаний при нагрузке FN(n), рассматривалась как площадь начального трибоконтакта Sн для последующей ступени нагрузки FN(n+1). Соответственно, начальные Рн и конечные Рк давления на трибоконтакте определялись как Рк=FN(n)/Sk и Рн=FN(n+1)/Sн. Таким образом, испытания по схеме А проводились в условиях интенсивного изнашивания и приработки трибоконтактов различной площади ступенчато увеличивающимися нагрузками. Испытания по схеме В проводились путем ступенчатого нагружения трибоконтактов максимальной площади, ранее полученных при испытаниях по схеме А после всех ступеней нагружения (FN от 100 до 1600 Н). Трибоконтакты в этом случае были достаточно приработаны, вследствие чего их площади менялись незначительно. Во время испытаний с точностью до ![]() ![]() ![]() Результаты испытаний представлены в таблице. Как видно из приведенных данных, добавка фуллереновой сажи (СФ) существенно улучшает триботехнические показатели фторопластов при их трении по стали и смазывании водой в условиях изнашивания как по схеме А, так и по схеме В. При испытаниях по схеме А по сравнению с базовым образцом Ф-4 увеличение во фторопласте концентрации сажи СФ с 1 до 10% приводит к уменьшению энергопотерь на трение с 38 до 58% и снижению объемных износов с 35 до 51%. При этом происходит увеличение допустимых рабочих давлений на 25-45%. При испытаниях по схеме В в диапазоне рабочих давлений 1-10 МПа добавка сажи СФ снижает величину коэффициента трения до значений fС=0,015-0,021 и величину линейных интенсивностей изнашивания до значений Ih= 0,39 ![]() ![]() 1. Полимеры в узлах трения машин и приборов. Справочник. Под общей ред. А.В.Чичинадзе. 2-е изд., перераб. и дополн. М.: Машиностроение, 1988. 328 с. 2. Применение полиолефинов, полистиролов, фторопластов и поливинилацетатных пластиков: Каталог ОНПО “Пластполимер”. Научно-исследовательский институт технико-экономических исследований (НИИТЭХМ). Черкассы, 1981. 196 с. 3. Заявка 94011997 от 01.04.94 г. “Антифрикционная композиция”, С 08 J, 5/16, авторы Росляков О.А. и др. 4. ТУ-6-05-1412-76 на материал Ф-4К20. Формула изобретения Антифрикционный полимерный материал, выполненный из композиции, содержащей политетрафторэтилен и углеродсодержащую добавку, отличающийся тем, что композиция содержит в качестве углеродсодержащей добавки 1-10% от массы композиции порошка фуллереновой сажи или порошка фуллереновой сажи после экстракции из нее фуллеренов, содержащего до 50% от начального содержания фуллеренов. РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 01.08.2006
Извещение опубликовано: 27.06.2007 БИ: 18/2007
NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.05.2008
Извещение опубликовано: 20.05.2008 БИ: 14/2008
|
||||||||||||||||||||||||||