Антифрикционная композиция

(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем им. В.А.Белого НАНБ(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем им. В.А.Белого НАНБ(57) Антифрикционная композиция, включающая полиамид, антифрикционный наполнитель, смазку и минеральный наполнитель, отличающаяся тем, что она в качестве смазки содержит масло индустриальное отработанное, в качестве минерального наполнителяоксид цинка и дополнительно содержит продукт взаимодействия натриевого жидкого стекла, эпоксидной диановой смолы и хлорида алюминия, взятых в массовом соотношении 1(0,06-0,12)(0,7-0,85), при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч. полиамид антифрикционный наполнитель масло индустриальное отработанное оксид цинка продукт взаимодействия натриевого жидкого стекла, эпоксидной диановой смолы и хлорида алюминия(56)950201 , 1997.704958, 1979.2086817 1, 1997.2392063 1, 1978.2149805 , 1985. Изобретение относится к антифрикционным материалам на основе термопластичных связующих и может использоваться в машиностроении для изготовления подшипников скольжения, работающих в условиях воздействия высоких температур и гидроабразивного изнашивания. Известна антифрикционная композиция, содержащая, мас.ч. политетрафторэтилен 100, антифрикционный наполнитель 2-10, продукт взаимодействия натриевого жидкого стекла, фенолфталеина, эпоксидной смолы и хлорного железа 30-55 1. Недостатком материала является низкая механическая прочность. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционная композиция, включающая, мас.ч. полиамид 100, антифрикционный наполнитель (графит или дисульфид молибдена) 3-6, смазку - алкилфенол 0,08-1,2 и модифицирующую добавку - алкилтрифосфаты алкоксипроизводных 2-8 2. Недостатком композиции является невысокая стойкость к гидроабразивному изнашиванию и механическая прочность. Задача изобретения - повышение физико-механических и триботехнических свойств. 4821 1 Поставленная задача решается тем, что антифрикционная композиция, включающая полиамид, антифрикционный наполнитель, смазку и минеральный наполнитель, в качестве смазки содержит масло индустриальное отработанное, в качестве минерального наполнителя - оксид цинка и дополнительно содержит продукт взаимодействия натриевого жидкого стекла, эпоксидной диановой смолы и хлорида алюминия, взятых в массовом соотношении 1(0,06-0,12)(0,7-0,85), при следующем соотношении компонентов композиции,мас.ч. полиамид 100 антифрикционный наполнитель 0,5-4,5 масло индустриальное отработанное 0,8-3,7 оксид цинка 3,5-8,5 продукт взаимодействия натриевого жидкого стекла, эпоксидной диановой смолы и хлорида алюминия 0,4-2,8. Смазочное масло, введенное в композицию, выполняет роль смазки, пластификатора и способствует равномерному распределению частиц наполнителей в объеме полиамида. Замена исходного индустриального масла отработанным связана с тем, что в отработанном масле содержатся различные присадки (антифрикционные, противоизносные, противозадирные, антиокислительные), а также частицы износа (в основном мелкодисперсные частицы стали и цветных металлов), улучшающие свойства композиции. Кроме того, отработанное масло значительно дешевле и менее дефицитно, чем исходное. Использование в композиции отработанного индустриального масла для гидравлических систем марок ИГП, а не отработанного моторного масла связано с тем, что контроль масла для гидросистем в процессе их работы является значительно более строгим, чем за моторными маслами. Поэтому к концу цикла работы в индустриальном масле сохраняется значительно больше присадок и накапливается меньше продуктов термоокисления и конденсации, чем в моторном масле. Содержание масла отработанного менее 0,8 мас.ч. снижает антифрикционные свойства материала, а содержание сверх 3,7 мас.ч. уменьшает механическую прочность. Технология получения продукта взаимодействия натриевого жидкого стекла, эпоксидной диановой смолы и хлорида алюминия заключается в следующем. В стандартное жидкое стекло марки А, Б или В по ГОСТ 13078-81 вводят эпоксидную диановую смолу марки ЭД-10 или ЭД-20 и тщательно перемешивают в течение 10-15 мин. После этого полученную эмульсию коагулируют 20-30 водным раствором хлорида алюминия. Выпадающий в осадок гель отфильтровывают через полотно, промывают водой и, разложив тонким слоем,высушивают при температуре 100-105 С. Полученный материал имеет вид белого мелкодисперсного легко рассыпающегося порошка. Содержание эпоксидной смолы в продукте взаимодействия менее 0,06 мас.ч. приводит к снижению органической составляющей в продукте и снижению его активности. Содержание сверх 0,12 мас.ч. приводит к нестабильности получаемой эмульсии и преждевременному образованию геля. Снижение содержания хлорида алюминия менее 0,7 мас.ч. не позволяет скоагулировать всю эмульсию, а превышение сверх 0,85 мас.ч. ведет к появлению в продукте непрореагировавшего хлорида алюминия, который необходимо удалять дополнительной промывкой. Будучи введенным в полиамид, описанный продукт взаимодействия играет роль сшивающего агента для полиамида, что повышает его механическую прочность и термостойкость. Содержание продукта менее 0,4 мас.ч. не дает заметного улучшения свойств полиамида, а содержание сверх 2,8 мас.ч. увеличивает хрупкость материала. Оксид цинка, введенный в композицию, позволяет компенсировать уменьшение твердости и теплостойкости полиамида, вызванное введением масла, а также повышает стойкость материала к термоокислительной деструкции и тепловому старению. Содержание оксида цинка менее 3,5 мас.ч. приводит к снижению твердости и термостойкости, а содержание более 8,5 мас.ч. приводит к снижению ударной вязкости. В качестве антифрикционного наполнителя использовали графит или дисульфид молибдена. Содержание антифрикционных наполнителей менее 0,5 мас.ч. приводит к резкому увеличению коэффициента трения, а содержание сверх 4,5 мас.ч. увеличивает хрупкость материала. Композицию готовят следующим образом. Гранулы полиамида загружают в смеситель, добавляют отработанное масло и производят перемешивание в течение 3-5 мин. За это время масло равномерным слоем смачивает всю поверхность гранул. Затем в смеситель добавляют порошкообразные антифрикционный наполнитель, продукт взаимодействия и оксид цинка и производят перемешивание еще 3-5 мин. За это время наполнители равномерно налипают на смоченные маслом гранулы полиамида. Материал перерабатывают в изделия методом литья под давлением при температуре 220-230 С и давлении литья 80-100 МПа на стандартном оборудовании. Составы композиций конкретного выполнения приведены в табл. 1. Композицию по прототипу готовили аналогичным образом время перемешивания составляло 10 мин. Сравнительные характеристики заявляемой композиции и прототипа приведены в табл. 2. Как видно из представленных данных, предлагаемый материал обладает значительно более высокими характеристиками, чем прототип. Разрушающее напряжение при сжатии у предлагаемой композиции на 1,15,7 выше, чем у известной, а после 6 ч кипячения в воде - на 5,7-12,5 . Твердость по Бринеллю выше - на 2 4821 1 15-22 . Коэффициент трения заявляемого материала находится на уровне известного. Особенно велико отличие по износостойкости - она выше у заявляемого материала после термоокисления в 6,4 раза, что говорит о высокой стойкости предлагаемого материала к термоокислительной деструкции. Износостойкость предлагаемого материала в водной суспензии окиси алюминия (абразив) в 3,1 раза выше, чем у прототипа, что свидетельствует о высокой стойкости материала к гидроабразивному износу. Составыипоказывают, что выход за заявляемые пределы содержания компонентов приводит к снижению свойств материала. Составпоказывает, что использование вместо отработанного маслаисходного - приводит к снижению теплостойкости. Контрольный составпоказывает, что использование вместо оксида цинка оксида титана уменьшает теплостойкость, твердость и увеличивает коэффициент трения. Разрушающее напряжение при сжатии определяли по ГОСТ 4651-82 на машине ЦД-10. Твердость по Бринеллю определяли по ГОСТ 4670-70 на приборе для определения твердости НР-250. Фрикционные испытания проводили на машине трения СМТ-1 по схеме вал-частичный вкладыш. Коэффициент трения определяли при нагрузке 4 МПа и скорости Таблица 1 Составы композиций конкретного выполнения, мас.ч. п 2 Полиамид 6 Полиамид 12 Масло индустриальное отработанное Антифрикционный наполнитель графит дисульфид молибдена Оксид цинка Продукт взаимодействия натриевого жидкого стекла, эпоксидной диановой смолы и хлорида алюминия Содержание компонентов в продукте натриевое жидкое стекло эпоксидная диановая смола хлорид алюминия Масло индустриальное исходное Оксид титана Заявляемый состав Показатель Разрушающее напряжение при сжатии, МПа исходное после 6 ч кипячения в воде Твердость по Бринеллю, МПа Коэффициент трения Интенсивность изнашивания,109 исходное после термоокисления при температуре 200 С в течение 3 ч при смазке водной суспензией оксида алюминия скольжения 0,75 м/с, а интенсивность изнашивания при нагрузке 1 МПа и скорости скольжения 0,25 м/с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4