Полимерная фрикционная пресс-композиция

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт механики металло- (73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем АН Беларуси (ИММС АН полимерных систем АН Беларуси (ИММС АН Беларуси)Беларуси)(57) Полимерная фрикционная пресс-композиция, включающая фенолоформальдегидную смолу, базальтовое волокно и фрикционные добавки, отличающаяся тем, что в качестве фрикционных добавок она содержит барит, ортофосфат кальция, смесь кокса и графита в соотношении 1 (0,3-1,5) и дополнительно полиакриламид при следующем соотношении компонентов, мас. фенолоформальдегидная смола 25-50 базальтовое волокно 25-45 барит 8-20 ортофосфат кальция 1,5-7,5 смесь кокса и графита в соотношении 1(0,3-1,5) 6-15 полиакриламид 0,5-2,5.(56) 1. А.С. СССР 840071, МПК 3 08 61/10, 08 61/14, 1981. 2. А.С. СССР 418500, МПК 1 08 37/02, 08 51/08, 01 1/10, 1974. 3. А.С. СССР 1142488, МПК 4 08 61/10, 08 5/14, 1985 (прототип). 4. Ширяева Т.В., Кириленко А.И., Карпов В.Л. / Пластические массы.-1965.- 3.-С. 59. Изобретение относится к созданию новых машиностроительных материалов на основе термореактивных связующих, которые могут быть использованы для изготовления фрикционных элементов тормозных устройств. Известна полимерная фрикционная пресс-композиция, содержащая фенолформальдегидную смолу, волокнистый наполнитель (асбест) и целевые функциональные добавки (сульфиды железа и/или меди и барий) 1. Недостатки этой композиции - невысокая ударная вязкость, низкая стабильность коэффициента сухого трения при торможении. Кроме того, асбест, содержащийся в известной композиции, при торможении диспергируется и наносит вред здоровью человека, контактирующего с ней. Известна полимерная фрикционная пресс-композиция, включающая фенолформальдегидную смолу, гексаметилентетрамин, смесь волокнистых наполнителей, содержащую базальтовое волокно, асбест и фрикционные добавки - окись алюминия и фосфоритную муку 2. Недостатками известной композиции являются низкая стабильность коэффициента сухого трения при торможении, невысокие прочностные свойства и атмосферостойкость. Композиция не защищает поверхность металлического контртела от коррозионного износа. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является полимерная пресс-композиция, содержащая фенолформальдегидную смолу, гексаметилентетрамин, смесь волокнистых наполнителей, содержащую смесь базальтового и стеклянного волокна в массовом соотношении (4-10)(1-2), фрикционные добавки (окись железа и графит), трибромбензойную кислоту и кремнефтористый основной алюминий 3. Основными недостатками этой композиции являются невысокие прочностные свойства и низкая атмосферостойкость. Это ограничивает сферу ее применения в качестве фрикционного материала. Задача настоящего изобретения - повышение стабильности коэффициента трения, прочностных свойств изделий из композиции и стойкости их к атмосферным факторам. Поставленная задача решается тем, что композиция,содержащая фенолформальдегидную смолу, базальтовое волокно и фрикционные добавки, содержит в качестве 2269 1 фрикционных добавок нефтяной кокс и графит в соотношении 1(0,3-1,5), барит, ортофосфат кальция и дополнительно полиакриламид при следующем соотношении компонентов, мас. фенолформальдегидная смола (по сух.остатку) 25-50 базальтовое волокно 25-45 барит 8-20 смесь нефтяного кокса и графита в соотн. 1(0,3-1,5) 6-15 ортофосфат кальция 1,5-7,5 полиакриламид 0,5-2,5. Введение в пресс-композицию полиакриламида способствует улучшению адгезионного взаимодействия между наполнителем (базальтовым волокном) и связующим (фенолформальдегидной смолой), т.к. полиакриламид способен к химическому взаимодействию как с фенолформальдегидной смолой, так и с функциональными группами базальтового волокна. В процессе прессования свободный формальдегид, содержащийся в фенолформальдегидной смоле, образует с полиакриламидом структуры, соединенные метиленовыми группами, что приводит к образованию гибких поперечных мостиков в трехмерной сетке отвержденного связующего, обусловливающих образование менее напряженной структуры. Все это позволяет значительно повысить прочностные свойства композиции и стойкость ее к атмосферным факторам. Связывание свободного формальдегида обеспечивает безвредность композиции, расширяет сферу ее применения. Введение в композицию барита, смеси нефтяного кокса и графита в соотношении 1(0,3-1,5), а также ортофосфата кальция обеспечивает хорошие фрикционные свойства, высокую стабильность коэффициента трения, а также способстсвует снижению деструкции пресс-композиции при высоких температурах. В результате анализа научно-технической литературы и патентных источников информации установлено,что техническое решение, заключающееся во введение в композицию в качестве фрикционной добавки барита, смеси нефтяного кокса и графита в соотношении 1(0,3-1,5), ортофосфата кальция и полиакриламида в качестве модификатора при определенном соотношении компонентов в современной технике отсутствует. Эффект от использования заявляемой совокупности отличительных признаков не является известным следствием уже известных свойств объекта изобретения и установлен заявителями и авторами. Примеры составов и свойств композиции приведены в таблицах. Таблица 1 Составы пресс-композиций Составы пресс-композиций Компоненты Извест. ПротоКонтрольные Предлагаемая Запредельная а.с. тип а.с. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 418500 1142488 Фенолформальдегидная смола 25 30 30 30 30 30 25 30 35 40 50 23 52 Базальтовое волокно 10 40 56,5 41,5 39,0 52 45 37 33 30 25 50 17 Барит 13,7 13,5 13,5 13,5 13,5 20 13,5 10 9 8 7 21 Смесь кокса и графита- 2,5 2,5 1,5 2,5 6,5 7 7,5 1 7,9 Полиакриламид 2 2,5 2 1,5 1 0,5 3 0,1 Графит 5 Стеклянное волокно 31,6 10 Окись железа 3 Трибромбензойная кислота 4 Гексаметилентетрамин 5 Кремнефтористый основной алюминий 3 Окись алюминия 3 Кремнийорганическая жидкость (ПЭС-5) 0,1 Фосфоритная мука 16,6 Ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза кДж/м 2 в нормальных условиях 12,5 17,2 16,7 17,2 20,5 25,8 24,1 24,0 21,7 20,2 19,1 14,5 после 800 часов ускоренных климатических испытаний 7,1 11,2 12,1 10,4 15,8 23,2 21,7 20,5 17,1 15,7 12,8 8,4 Изгибающее напряжение при разрушении, МПа в нормальных условиях 78 87 75 78 117 123 118 121 115 110 85 89 после 800 часов ускоренных климатических испытаний 61 66 59 63 109 119 116 116 107 102 72 73 Фрикционные свойства (Р 2 Мпа,10 м/сек) Коэффициент трения 0,59 0,51 0,45 0,43 0,45 0,58 0,51 0,45 0,43 0,4 0,47 0,53 Стабильность коэффициента трения 0,82 0,80 0,84 0,88 0,81 0,9 0,92 0,9 0,89 0,89 0,88 0,85 Износ в присутствии воды, мг/кгсм композиции 3,1 5,4 3,9 3,6 5,1 3,1 2,9 3,2 3,4 3,0 3,6 5,2 контртела 0,06 0,12 0,09 0,08 0,11 0,07 0,06 0,08 0,07 0,06 0,10 0,12 Адгезионная прочность к базальтовому волокну, МПа 20,3 16,5 17,2 26,7 25,8 Технология изготовления композиций на основе выбранных компонентов заключается в следующем. Волокнистый наполнитель - базальтовое волокно (ТУ 61-216-76) смешивается в смесителе ЗЛ 63 при частоте вращения переднего вала 18 мин-1, заднего 31 мин.-1 при комнатной температуре с баритом (ГОСТ 468274), ортофосфатом кальция (ГОСТ 5956-78), смесью графита кристаллического литейного ГЛ (ГОСТ 527974) и кокса (ТУ 48-01-69-71) в соотношении 1(0,3-1,5) в течение 10-15 минут. Затем в смеситель вводится нормативное количество термореактивной фенолформальдегидной смолы (ГОСТ 901-78) и полиакриламида(ТУ 6-06-23-85) и производится дальнейшее смешивание компонентов в течение 20 минут. После выгрузки из смесителя пресскомпозиция подается в сушилку. Температура сушки 65-75 С. Влажность полученной композиции должна быть не более 2. С целью придания пресс-композиции относительно однородного гранулометрического состава (размер частиц 1-5 мм) ее измельчают на молотковой мельнице. Изготовление изделий из предлагаемой композиции производится методом прямого прессования при температуре 165-175 С и давлении 45-50 МПа при выдержке под давлением 1-1,5 мин/мм толщины. Изготовление образцов из предлагаемой композиции и прототипа 3 производили на прессе П 474 А методом прямого прессования. Испытания образцов производили по стандартным методикам. Фрикционные характеристики определяли на машине трения СМЦ-2 по схеме вал-частичный вкладыш при удельной нагрузке 2,0 МПа по МР 74-82. Образцы из пресс-композиции изготавливали в виде частичного вкладыша с внутренним диаметром 40 мм, толщиной 10 мм, наружным диаметром 60 мм и длиной не менее 1 см. В качестве контртела использовали ролик, изготовленный из стали 45, твердости НРС 40-45, шероховатости 0,5-0,6 мкм,толщиной 12 и наружным диаметром 40 мм. Разрушающее напряжение при изгибе определяли по ГОСТ 4647-80 на образцах размером 120 х 15 х 10 мм без надреза. Стойкость композитов к воздействию атмосферных факторов оценивалась по изменению их прочностных свойств разрушающего напряжения при изгибе и ударной вязкости. Испытания проводили в лабораторных условиях по ускоренной методике. Ускоренная методика испытаний предусматривает воздействие на образцы плюсовых, минусовых температур, повышенной влажности и солнечной радиации. Испытания проводятся в камере искусственной погоды ИП-1-3 при воздействии ИФ-света (2 лампы ДТР-375 и лампы КГ-220-1000), температуры 5055 С и 80 влажности. Затем образцы переносятся в низкотемпературный шкаф НС-250/70, выдерживаются в нем 3 часа при - 40 С, затем 3 часа снова испытваются в ИП-1-3, а затем 15 часов находятся в темноте при комнатной температуре. При переносе образцов из камеры в холодильник и из холодильника в камеру погоды на образцах происходит кратковременное образование инея. Ускоренная методика коррелирует испытаниями на открытом воздухе в соответствии с ГОСТом 17170-71. При испытаниях по ускоренной методике 100 часов испытаний в камере погоды соответствует 6 месяцам испытаний на открытом воздухе. Адгезионную прочность фенолформальдегидной связующего к базальтовому 2269 1 волокну в зависимости от содержания модифицирующих веществ определяли путем прямого измерения прочности адгезионной связи по методике изложенной в работе 4. Результаты исследований показывают, что сочетание выбранных компонентов композиции позволяют получить новый технический эффект по сравнению с известной, заключающейся в повышении разрушающего напряжения при изгибе в 1,5 раза, ударной вязкости в 1,8 раза, в значительном увеличении стабильности коэффициента трения, атмосферостойкости. Композиции 1-4 (табл.), содержащие отдельные предлагаемые компоненты, имеют значительно более низкие показатели, чем композиции, содержащие предлагаемый состав полностью. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4