Состав для антифрикционного покрытия

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СОСТАВ ДЛЯ АНТИФРИКЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем им. В.А.Белого НАНБ(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем им. В.А.Белого НАНБ(57) Антифрикционная полимерная композиция относится к области химии полимеров, в частности, к получению антифрикционных покрытий на основе полиамидов. Антифрикционная полимерная композиция в своем составе содержит полиамид, полиэтилен, антифрикционную добавку и полимерный модификатор - поливиниловый спирт, распределенный преимущественно на границе покрытия с металлическим субстратом. Оптимальные эксплуатационные характеристики покрытия (адгезионная прочность 1,282,54 кН/м и коэффициент трения 0,054-0,056 достигаются при следующем соотношении компонентов (масс. ) полиамид - 69,5-94,49 полиэтилен - 5-25 поливиниловый спирт - 0,01-0,5 антифрикционная добавка 0,5-5,0. Антифрикционное покрытие предназначено для использования в узлах трения, эксплуатирующихся без смазки. Изобретение относится к области химии полимеров, в частности к получению антифрикционных покрытий на основе полиамидов, и может быть использовано в узлах трения, эксплуатирующихся без смазки. Известны антифрикционные покрытия на основе полиамидов, в которые для улучшения антифрикционных характеристик (снижения коэффициента трения, повышения износоустойчивости) введены полиэтилен и антифрикционные добавки 1. Повышение ударостойкости, термо- и атмосферостойкости покрытий на основе полиамидов достигается введением в его состав полиэтилена, содержащего функциональные группы (карбоксильные или ангидридные) 2. Недостатком известных антифрикционных покрытий на основе полиамидов является их низкая прочность сцепления с металлическим субстратом (адгезионная прочность). Известно антифрикционное покрытие на основе полиамида (полиундеканамид -полиамид-11, торговое название ), в котором для повышения адгезионной прочности покрытий с металлическим субстратом используют подслой , основу которого составляют эпоксидные олигомеры и амины различной природы 3. Недостатком известного покрытия является повышенная токсичность используемого подслоя, что требует по указанию фирмы-разработчика специальных мер безопасности при его использовании. Наиболее близкой по технической сущности является антифрикционная полимерная композиция, содержащая порошкообразные полиамид, полиэтилен, полимерный модификатор - пентапласт и антифрикционные добавки - графит, дисульфид молибдена и др. 4. Такой состав композиции позволяет получать антифрикционные покрытия с высокой нагрузочной способностью (до 150 кг/см 2) и низким коэффициентом трения (0,040-0,18) в условиях сухого трения. Недостатком прототипа является низкая адгезионная прочность с металлическими субстратами. 4726 1 Задачей изобретения является повышение адгезионной прочности антифрикционных покрытий на основе полиамидов. Поставленная задача решается тем, что в известном антифрикционном покрытии в качестве полимерного модификатора используют поливиниловый спирт, распределяя его преимущественно на границе покрытия с металлическим субстратом. Оптимальные эксплуатационные характеристики покрытия (максимальная адгезионная прочность и высокий уровень антифрикционных свойств) достигаются при следующем соотношении компонентов (мас. ) полиамид - 69,5-94,49 полиэтилен - 5-25 полимерный модификатор - 0,01-0,5 антифрикционная добавка - 0,5-5. Выбор поливинилового спирта (ПВС) в качестве полимерного модификатора обусловлен следующим. ПВС из-за большого количества гидроксильных групп является высокополярным полимером, что обусловливает его большую адгезионную прочность с различными металлическими субстратами - сталью, алюминием, медью 5. По этой же причине (наличие гидроксильных групп) ПВС способен к взаимодействию с концевыми карбоксильными группами полиамидов и карбоксильными группами полиэтилена, образующимися в результате частичной термоокислительной деструкции полимера при термообработке. Таким образом, ПВС может обеспечить высокую адгезионную прочность покрытия, взаимодействуя одновременно с металлическим субстратом и полимерными компонентами покрытия. Максимальный эффект усиления адгезионной прочности достигается при распределении ПВС на граничной поверхности покрытия с металлическим субстратом. Дополнительное усиление адгезионной прочности покрытия достигается при формировании покрытия на нагретом субстрате с предварительно нанесенным на его поверхность полимерным модификатором. В этом случае происходит переход ПВС в нерастворимое состояние, что упрочняет граничный слой покрытия, и одновременно возрастает число карбоксильных групп в ПЭ, способных к взаимодействию с ПВС. ПВС наносят на металлический субстрат в виде порошка или раствора. Для получения антифрикционных покрытий используют порошкообразные полимеры - полиамиды полкапроамид (полиамид-6, ПА-6) или полидодеканамид (полиамид-12, ПА-12), или полиундеканамид (полиамид-11, ПА-11) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП). В качестве антифрикционной добавки покрытие содержит дисперсные графит или дисульфид молибдена,или их смесь. Порошкообразные ингредиенты покрытия перед нанесением на металлический субстрат смешивают. Формируют антифрикционные покрытия по технологии, традиционной для полиамидов методом окунания в псевдоожиженный слой, прессованием с последующим спеканием или литьем под давлением. Испытания антифрикционных покрытий на адгезионную прочность проводят на образцах, представляющих собой металлический субстрат в виде фольги (например, стальной) со сформированным на его поверхности слоем покрытия по одной из указанных выше технологий. После термообработки покрытия и охлаждения образца на воздухе до комнатной температуры оценивают адгезионную прочность методом отслаивания фольги от полимерного слоя под углом 180 градусов на разрывной машине со скоростью 50 мм/мин. Антифрикционные свойства покрытий (коэффициент трения) измеряют по схеме вал- частичный вкладыш при нагрузке 10 МПа. Покрытие из антифрикционного состава наносят на вкладыш по одной из указанных выше технологий. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1 (прототип). Порошкообразные компоненты антифрикционного покрытия - полиамид 6 (ОСТ 6-05-408-75), полиэтилен высокой плотности марки 20906-040 (ГОСТ 16338-85), пентапласт марки А-2 (ТУ 6-05-1422-79) и коллоидный графитовый препарат марки С-1 (ОСТ 6-08-931-75) в количествах, указанных в табл. 1, смешивали в лопастном смесителе в течение 15 минут. Стальную фольгу (сталь 08 кп, ГОСТ 503-81) обезжиривали, крепили на металлической пластине и нагревали до температуры 300-320 С. Покрытие формировали методом окунания металлического субстрата (фольга на металлической пластине) в псевдоожиженный слой порошкообразной композиции. После охлаждения образца определяли адгезионную прочность и коэффициент трения антифрикционного покрытия по методикам, описанным выше. Результаты измерений приведены в табл. 2. Пример 2. Порошкообразные ПА-6, ПЭВП и графит в количестве соответственно 69,5 25 и 5 мас.смешивали в лопастном смесителе в течение 15 минут. Фольгу из стали 08 кп обезжиривали и крепили на металлической пластине. Полимерный модификатор ПВС (ГОСТ 10779-78) готовили в виде 2,5 -го водного раствора и наносили на подготовленный металлический субстрат методом окунания в течение 3 с. Металлический субстрат с нанесенным модификатором нагревали до температуры 300-320 С и окунали в псевдоожиженный слой смеси порошкообразных компонентов покрытия в течение 12-15 с, что обеспечивало содержание полимерного модификатора в покрытии в количестве, указанном в примере. Покрытие дополнительно оплавляли в термошкафу при температуре 230-240 С. Испытание покрытия проводили по методикам, описанным выше. 4726 1 Пример 3. Порошкообразные компоненты антифрикционного покрытия ПА-6, ПЭВП и дисульфид молибдена смешивали в соотношении, указанном в примере 3 табл. 1. ПВС в порошкообразном виде наносили на обезжиренный металлический субстрат в электрополе в течение 1-2 с. Металлический субстрат с нанесенным модификатором нагревали до температуры 300-320 С и окунали в псевдоожиженный слой смеси порошкообразных компонентов покрытия в течение 5-7 С, что обеспечивало содержание модификатора в покрытии в количестве 0,25-0,27 мас. . Термообработку покрытия и его испытание осуществляли по методике и режимам, приведенным в примерах 1 и 2. Пример 4. Порошкообразные ПА-6, ПЭВП и графит смешивали в соотношении, указанном в примере 4 табл. 1. ПВС наносили на металлический субстрат (алюминиевая фольга марки А-99, ГОСТ 618-73) из 2,5 -ного водного раствора. Дальнейшее формирование покрытия и его испытание проводили по методикам, указанным в примере 2. Другие варианты составов антифрикционных покрытий представлены в табл. 1. Антифрикционные покрытия по примерам 1-7 получены из полиамида ПА-6, в примере 8 использован полиамид ПА-12, в примере 9 - ПА-11 (рильсан). Результаты испытаний полученных покрытий приведены в табл. 2. Анализ приведенных в таблице данных показывает следующее. Оптимальными свойствами (адгезионная прочность в 1,9-3,8 раза выше прототипа при сохранении антифрикционных свойств на его уровне) обладает антифрикционное покрытие, полученное по примерам 2-4. При введении в состав антифрикционного полимерного модификатора - ПВС в количестве ниже оптимального (пример 5) происходит снижение адгезионной прочности покрытия из-за недостаточного количества ПВС для равномерного распределения по поверхности субстрата и взаимодействия с полимерными компонентами покрытия. В случае концентрации ПВС свыше 0,5 мас.(пример 6) адгезионная прочность покрытия существенно снижается и становится меньше этого показателя для прототипа. Причиной этого является образование рыхлого слоя ПВС в процессе термообработки при его количестве, превышающем монослой на поверхности субстрата. Таблица 1 Состав для антифрикционного покрытия Компоненты антифрикционного покрытия, масс. Адгезионная проч 0,66 1,28 1,98 2,54 0,88 0,57 0,99 1,04 1,68 ность, кН/м Коэффициент тре 0,047 0,056 0,055 0,054 0,082 0,049 0,051 0,056 0,067 ния В примере 7 отсутствует полимерный модификатор. Адгезионная прочность покрытия несколько выше прототипа, однако ниже на 30 в сравнении с оптимальным составом. Высокий уровень адгезионной прочности антифрикционного покрытия сохраняется при введении в его состав полимерного модификатора и в случае других полиамидов (примеры 8, 9). Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о следующих преимуществах заявляемого состава для антифрикционного покрытия перед прототипом 4726 1 1. Адгезионная прочность предлагаемого покрытия в 1,9-3,8 раза выше, чем покрытия -прототипа. 2. Количество вводимых модификаторов, при котором достигается значительное повышение адгезионной прочности, невелико, что позволяет увеличить стоимость антифрикционного покрытия не более, чем на 10 . 3. Технология получения предлагаемого антифрикционного покрытия традиционна для покрытий на основе полиамидов, что позволяет использовать имеющееся оборудование и не требует существенных изменений технологических процессов. Источники информации 1. Полимеры в узлах трения машин и приборов Справочник /Под ред. А.В.Чичинадзе.- М. Машиностроение, 1988. - 328 с. 2. Заявка Японии 62-177065, 08 71/04, опубл. 1987. 3. Проспект фирмы АТОСНЕМ (Франция). 4. Авторское свидетельство СССР 539923, МПК 08 77/00, 1976 (прототип). 5. Николаев А.Ф. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. - М.-Л. Химия, 1964. - С. 166-180. Состав для антифрикционного покрытия, содержащий полиамид, полиэтилен, полимерный модификатор и антифрикционную добавку, отличающийся тем, что он в качестве полимерного модификатора содержит поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.полиамид 69,5-94,49 полиэтилен 5,0-25,0 полимерный модификатор 0,01-0,5 антифрикционная добавка 0,5-5,0. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.