Антифрикционная композиция

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Биран Владимир Владимирович Злотников Игорь Иванович Кушнеров Денис Николаевич Сенатрев Александр Николаевич Соловей Николай Федорович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Антифрикционная композиция, включающая политетрафторэтилен, графит и измельченное базальтовое волокно, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модификатор,выбранный из группы, включающей ,-м-фенилендималеимид, ,-гексаметилендималеимид и ,-(метилен-ди-п-фенилен)дималеимид, при следующем соотношении компонентов, мас.графит 5-15 волокно базальтовое измельченное 3-5 модификатор 3-10 политетрафторэтилен остальное. Изобретение относится к полимерным композиционным самосмазывающимся материалам, предназначенным для изготовления деталей узлов трения, работающих в условиях воздействия повышенных температур и высоких скоростей скольжения. Известен антифрикционный материал Ф 4 К 20, включающий политетрафторэтилен(ПТФЭ) - 80 мас.и нефтяной кокс марки КЛ-1 1. Недостатками материала являются низкая механическая прочность, высокий коэффициент трения при трении без смазки, недостаточная теплостойкость и высокая ползучесть. Известна антифрикционная композиция, содержащая (мас. ) ПТФЭ в виде стружки(30-70), ПТФЭ в виде порошка (20-60) и кристаллический графит (10-20) 2. Недостатком композиции является низкая механическая прочность. Известна антифрикционная композиция, включающая (мас. ч.) ПТФЭ (100), антифрикционный наполнитель - графит, дисульфид молибдена, нефтяной кокс (2-10) и продукт взаимодействия натриевого жидкого стекла, фенолфталеина, эпоксидной диановой смолы и водного раствора хлорного железа (30-55) 3. Недостатками композиции являются низкие 7862 1 2006.02.28 износостойкость и теплостойкость. К недостаткам следует также отнести сложность изготовления указанного продукта, что усложняет технологию изготовления композиции. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полимерная композиция для изготовления антифрикционных изделий, включающая (мас. ) графит (3-5), кокс (10-18), измельченное базальтовое волокно (5-9) и ПТФЭ 4. Недостатками известной композиции являются низкие антифрикционные свойства и теплостойкость. Задачей изобретения является повышение антифрикционных свойств и теплостойкости композиции. Поставленная задача решается тем, что антифрикционная композиция, включающая политетрафторэтилен, графит и измельченное базальтовое волокно, согласно изобретению дополнительно модификатор, выбранный из группы, включающей ,-м-фенилендималеимид, ,-гексаметилендималеимид и ,-(метилен-ди-п-фенилен)дималеимид,при следующем соотношении компонентов, мас.графит 5-15 волокно базальтовое измельченное 3-5 модификатор 3-10 политетрафторэтилен остальное. Сущность изобретения заключается в следующем. Измельченное базальтовое волокно(длина моноволокон 70-100 мкм) является армирующим элементом, повышающим механическую прочность матрицы из ПТФЭ и существенно снижающим текучесть материала под нагрузкой. Использование волокон длиной более 100 мкм хотя и повышает механическую прочность, но создает большие технологические трудности при его совмещении с порошкообразным ПТФЭ. В отличие от стеклянных, базальтовые волокна не обладают выраженным абразивным действием и поэтому более предпочтительны при использовании в антифрикционной композиции. Введение в композицию базальтового волокна в количестве менее 3 мас.приводит к снижению механической прочности, а введение волокна более 5 мас.повышает коэффициент трения. Введенный в композицию имидный модификатор полимеризуется при спекании ПТФЭ с образованием практически сплошной полиимидной сетки внутри матрицы из ПТФЭ, что резко повышает теплостойкость и износостойкость материала. При содержании модификатора менее 3 мас.эффект повышения теплостойкости и износостойкости выражен слабо, а содержание более 10 мас.не приводит к дополнительному положительному эффекту. Графит является традиционным, недефицитным и недорогим антифрикционным наполнителем. Содержание графита в пределах 5-15 мас.позволяет оптимально сочетать антифрикционные и прочностные свойства материала. Антифрикционную композицию готовили следующим образом. Базальтовое волокно измельчали в дисковой мельнице до размера моноволокон в диапазоне 70-100 мкм и загружали в смеситель вместе с остальными порошкообразными компонентами. После смешения до получения однородной массы из полученного порошка методом холодного прессования при давлении 50-60 МПа изготавливали заготовки изделий антифрикционного назначения и образцы для испытаний. Полученные заготовки загружали в электропечь и спекали при температуре 3755 С. Время выдержки при температуре определяли из расчета 5 мин на 1 мм толщины изделия. Нагревание и охлаждение производили вместе с печью. Составы антифрикционных композиций конкретного выполнения приведены в табл. 1. Сравнительные свойства предлагаемой композиции и известной приведены в табл. 2. Как следует из представленных данных, предлагаемая композиция обладает более высокими антифрикционными свойствами и теплостойкостью, чем прототип. Так, например,коэффициент трения у предлагаемого материала в 1,6-2,0 раза ниже, чем у известного. Теплостойкость по Вика у материала по изобретению выше, чем у известного, на 20-35 С. 2 7862 1 2006.02.28 Фрикционные испытания проводили на машине трения СМТ-1 по схеме вал-вкладыш при нагрузке 2 МПа и скорости скольжения 1 м/с. Теплостойкость по Вика определяли по ГОСТ 15065-89. Разрушающее напряжение при сжатии определяли по ГОСТ 4651-82, на машине ЦД-10. Контрольные примерыипоказывают, что выход содержания компонентов за заявляемые пределы приводит к ухудшению всех показателей. Контрольный примерпоказывает, что использование в композиции стеклянного волокна вместо базальтового приводит к резкому увеличению коэффициента трения и снижению износостойкости. Таким образом, только полное сочетание отличительных признаков приводит к достижению положительного результата. Таблица 1 Составы антифрикционных композиций, мас.Компонент Графит марки С 1 (ГОСТ 8295-83) Волокно базальтовое измельченное Модификатор,-(метилен-ди-п-фенилен)дималеимид Политетрафторэтилен марки ПН (ГОСТ 10007-80)- 6,5 - 10 12 6,5 5 8 93 89 84, 79, 75, 70 64 79,5 5 5 5 Волокно стеклянное измельченное марки БС 6 200 80 - 4,0 Таблица 2 Сравнительные свойства антифрикционных композиций Показатель Коэффициент трения Интенсивность изнашивания, 10-9 Теплостойкость по Вика, С Разрушающее напряжение при сжатии, МПа Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.