Композиция для изготовления фрикционного материала

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФРИКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси(57) Композиция для изготовления фрикционного материала, содержащая фенолформальдегидную смолу, базальтовое волокно, порошок железа и меди, органический модификатор, неорганический модификатор и графит, отличающаяся тем, что она содержит порошок железа и меди, окисленные до привеса 10-16 мас. , в качестве органического модификатора содержит ,-м-фениленбисмалеинимид, в качестве неорганического модификаторадоломит и дополнительнополигетероариленовое волокно при следующем соотношении компонентов, мас.ч. фенолформальдегидная смола 100,-м-фениленбисмалеинимид 5-8 базальтовое волокно 18-36 полигетероариленовое волокно 18-36 окисленный порошок железа 90-170 окисленный порошок меди 20-26 доломит 60-140 графит 8-12. Изобретение относится к полимерным композиционным материалам фрикционного назначения и может использоваться в машиностроении для изготовления тормозных колодок и накладок сцепления транспортных средств и технологического оборудования. Известен фрикционный материал, содержащий (мас. ) волокнистый материал (стекловолокно, асбест, минеральное волокно) (20-23), металлы (цинк, латунь, медь, железо) и их оксиды (4-22), органический модификатор (резина, латекс, асфальт и т.д.) (0-7), неорганический модификатор (барит, тальк, криолит, воластонит и др.)(7-24), углеродный наполнитель (графит) (18-34), фенольную смолу (8-14) 1. Композиция обладает высоким,но нестабильным коэффициентом трения, недостаточной механической прочностью и содержит в своем составе асбест. Наиболее близкой по технической сущности к достигаемому результату является композиция для изготовления фрикционного материала, содержащая (мас. ч.) фенолформальдегидную смолу (100), базальтовое волокно (70-105), порошок железа и (или) меди (80-100), модификатор фенолформальдегидной смолы - алкилфенол (2-4), модификаторы трения - оксид железа и (или) оксид алюминия (20-40), каолин или мел (154722 1 20), древесную муку (5-22) и графит (1-6) 2. Материал обладает высоким и стабильным коэффициентом трения. К недостаткам материала относятся недостаточная термостойкость, механическая прочность, значительный износ сопряженного металлического контртела. Задачей изобретения является повышение термостойкости, механической прочности и снижение износа сопряженного металлического контртела. Поставленная задача решается тем, что композиция для изготовления фрикционного материала, содержащая фенолформальдегидную смолу, базальтовое волокно, порошок железа и меди, органический модификатор, неорганический модификатор и графит, содержит порошок железа и меди, окисленные до привеса 10-16 мас. , в качестве органического модификатора содержит - ,-м-фениленбисмалеинимид, в качестве неорганического модификатора - доломит и дополнительно - полигетероариленовое волокно при следующем соотношении компонентов, мас.ч. фенолформальдегидная смола 100,-м-фениленбисмалеинимид 5-8 базальтовое волокно 18-36 полигетероариленовое волокно 18-36 окисленный порошок железа 90-170 окисленный порошок меди 20-26 доломит 60-140 графит 8-12. Сущность изобретения и предположительный механизм действия компонентов заключается в следующем. Фенолформальдегидная смола, сочетающая высокие механическую прочность и теплостойкость, является наилучшим связующим для триботехнических материалов. В качестве смолы использовалась резольная фенолформальдегидная смола с молекулярной массой 400-1000. Как показали проведенные в ИММС НАНБ исследования, ,-м-фениленбисмалеинимид при введении в фенолформальдегидную смолу активно химически взаимодействует с последней с образованием пространственной сетки межмолекулярных связей. При этом возрастает термостойкость смолы и ее способность к высокоэластическим деформациям. Содержание ,-м-фениленбисмалеинимида менее 5 мас.ч. не позволяет заметно повысить термостойкость и ударную вязкость смолы, а содержание сверх 8 мас.ч. не приводит к дополнительному положительному эффекту. Смесь базальтового и полигетероариленового волокна позволяет заменить в составе асбестовое волокно. Содержание базальтового волокна менее 18 мас.ч. не позволяет получить высокий и стабильный коэффициент трения, а превышение сверх 36 мас.ч. уменьшает механическую прочность материала. При содержании полигетероариленового волокна менее 18 мас.ч. значительно снижается механическая прочность. Содержание более 36 мас.ч. не приводит к дополнительному положительному результату, но значительно ухудшает технологию переработки материала. Порошки металлов выполняют роль модификаторов трения и обеспечивают теплоотвод из зоны фрикционного контакта. Причем только при наличии смеси железа и меди удается получить максимально высокую прочность, износостойкость и уменьшить износ металлического контртела. Применяемые в композиции металлические порошки подвергались отжигу в кислородсодержащей атмосфере при температуре 450-500 С до привеса (окисления) 10-16 мас. . Целью такой обработки является создание на поверхности металла окисной оболочки значительной толщины (около 0,1 среднего размера частицы). Такие модифицированные наполнители, вследствие рыхлой поверхности, обладают более высокой адгезией к связующему, при этом окислы, образующиеся на поверхности металлов, обеспечивают стабильность и высокое значение коэффициента трения. В связи с указанным применение таких модифицированных наполнителей оказывается значительно более эффективным, чем введение в композицию отдельно металлических порошков и их окислов. Уменьшение содержания окисленных порошков железа менее 90 мас.ч., а меди менее 20 мас.ч. приводит к снижению термостойкости, механической прочности и износостойкости, а превышение содержания сверх заявленных пределов не приводит к дополнительному положительному эффекту, хотя при этом возрастают энергозатраты на производство необходимых продуктов. Доломит (СаСО 33) является фрикционным наполнителем, обеспечивающим повышение коэффициента трения и его стабилизацию. Содержание доломита менее 60 мас.ч. снижает коэффициент трения, а повышение сверх 140 мас.ч. снижает механическую прочность материала. Графит вводится в композицию с целью образования на металлическом контртеле смазывающих пленок переноса, что уменьшает износ контртела, задиры и нестабильность коэффициента трения. Содержание графита менее 8 мас.ч. не обеспечивает стабильного коэффициента трения и низкого износа металлического контртела, а содержание более 12 мас.ч. снижает коэффициент трения. Эффект от использования заявляемого технического решения не является следствием уже известных изобретений и обнаружен самими авторами. Авторам не известно техническое решение, предусматривающее использование окисленного металла в сочетании с ,-м-фениленбисмалеинимидом и полигетероариленовым волокном в композиции триботехнического назначения на основе фенолформальдегидной смолы. При 2 4722 1 изучении патентной информации и научно-технической литературы подобные решения не обнаружены. В соответствии с изложенным, заявляемое решение отвечает критерию изобретательский уровень, а положительный эффект достигается лишь в совокупности отличительных признаков. Композицию готовили следующим образом. Сначала в смесителе смешивают порошкообразные компоненты окисленные железо и медь, графит, доломит. Затем отдельно смешивают фенолформальдегидную смолу в виде 30-50 спиртового раствора (спирт - технологическая среда) и порошкообразный ,-мфениленбисмалеинимид. В полученную жидкую смесь добавляют смесь сухих компонентов и тщательно перемешивают. Затем в полученную суспензию добавляют рубленые волокна длиной 10-50 мм, перемешивают до получения однородной массы. Массу сушат на воздухе с подогревом до 50 С или без такового до полного удаления спирта. Из полученного пресс-материала готовят образцы и изделия методом горячего прессования при температуре 16010 С и давлении 505 МПа. Время выдержки в пресс-форме - 1 мин на 1 мм толщины изделия. Составы композиций конкретного выполнения представлены в табл. 1. Сравнительные физикомеханические свойства предлагаемой композиции и известной приведены в табл. 2. Композицию по прототипу готовили следующим образом. В смеситель загружали жидкие компоненты - фенолформальдегидную смолу в виде 50 спиртового раствора и алкилфенол и тщательно перемешивали. Затем в смеситель загружали порошкообразные компоненты - металлы, окислы, каолин, мел, древесную муку и графит. В полученную суспензию вводили рубленые базальтовые волокна. Полученную массу сушили при температуре 5010 С. Из готового материала изготавливали образцы и изделия методом прессования при температуре 16010 С и давлении 505 МПа. Разрушающее напряжение при сжатии определяли по ГОСТ 4651-82 на машине ЦД-10. Фрикционные испытания проводили на машине трения УМТ-1 по схеме диск-палец при скорости скольжения 1 м/с и нагрузках 1-3 МПа. Термостойкость определяли по данным термогравиметрии на дериватографе -1500(Венгрия). За количественную характеристику термостойкости принимали температуру, при которой начиналась интенсивная потеря массы образца. Как следует из представленных данных, предлагаемая композиция обладает более высокими физикомеханическими и эксплуатационными характеристиками, чем прототип. Разрушающее напряжение при сжатии у предлагаемого материала на 30-60 выше, чем у прототипа. Интенсивность изнашивания разработанного материала в 1,5 раза выше, чем у прототипа. Величина коэффициента трения и его стабильность у обоих материалов находится примерно на одинаковом уровне. Термостойкость предлагаемого материала на 6373 К выше, чем у прототипа. Разработанный материал в процессе работы изнашивает сопряженное стальное контртело в 2-6 раз меньше, чем известный материал. Контрольные примеры 1 и 9 показывают, что выход содержания компонентов за заявляемые пределы приводит к ухудшению всего комплекса показателей. Контрольный пример 10 показывает, что использование в составе только одного волокна (базальтового) резко снижает износостойкость и механическую прочность материала. Пример 11 показывает, что использование только одного металла (железа) также снижает износостойкость материала. Контрольный пример 12 показывает, что использование в составе не окисленных металлов, а чистых приводит к снижению износостойкости и стабильности материала. Предлагаемая композиция была испытана для изготовления тормозных накладок в механизме торможения волочильных машин на Белорусском металлургическом заводе. Разработанный материал показал высокие эксплуатационные свойства, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию промышленная применимость. Источники информации 1. Патент США 4175070, МПК С 08 К 3/04, С 08 К 3/08, С 08 К 3/22, 1979. 2. Патент РБ 1179, МПК С 085/14, С 0861/10, С 08 К 13/14, 1996 (прототип).