Антифрикционная композиция

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Биран Владимир ВладимировичЗлотников Игорь ИвановичИванова Екатерина МарковнаКармазин Павел АлексеевичСенатрев Александр Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси(57) Антифрикционная композиция, включающая политетрафторэтилен, графит и силикатсодержащую добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве силикатсодержащей добавки молотый кварц дисперсностью 40-60 мкм и дополнительно бронзовую пудру и мел при следующем соотношении компонентов, мас.графит 3,0-8,0 молотый кварц 0,4-0,8 бронзовая пудра 15,0-25,0 мел 5,0-12,0 политетрафторэтилен остальное. Изобретение относится к полимерным композиционным самосмазывающимся материалам, предназначенным для изготовления деталей узлов трения, работающих при отсутствии смазки или ее ограничении в условиях воздействия запыленности и переменных нагрузок. Известен антифрикционный материал Ф 4 К 20 (ТУ 6-05-1412-76), включающий политетрафторэтилен (ПТФЭ) - 80 мас.и нефтяной кокс марки Л-1 1. Недостатком материала является низкая износостойкость и высокий коэффициент трения при трении без смазки, что связано с плохой смазывающей способностью кокса. 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. Это связано с тем, что ПТФЭ в виде стружки плохо спекается при термообработке, а графит неравномерно распределяется между частицами ПТФЭ. 8216 1 2006.06.30 Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционная композиция, включающая (мас.ч.) ПТФЭ (100), антифрикционный наполнитель - графит, дисульфид молибдена, нефтяной кокс (2-10) и силикатсодержащую добавку - продукт взаимодействия натриевого жидкого стекла, фенолфталеина, эпоксидной диановой смолы и водного раствора хлорного железа (30-55) 3. Недостатком известной композиции являются низкие износостойкость и теплостойкость, что объясняется недостаточным уровнем указанных свойств у входящей в состав эпоксидной смолы. К недостаткам следует также отнести сложность изготовления силикатсодержащей добавки,что усложняет технологию изготовление композиции. Кроме того, силикатсодержащая добавка в своем составе содержит эпоксидную смолу, которая в процессе изготовления композиции и, особенно, в процессе последующего спекания выделяется в окружающую среду, что ухудшает экологическую безопасность процесса производства. Задачей изобретения является повышение износостойкости и теплостойкости антифрикционной композиции, улучшение ее технологических параметров и экологической безопасности при изготовлении и переработке в изделия. Поставленная задача решается тем, что антифрикционная композиция, включающая политетрафторэтилен, графит и силикатсодержащую добавку, согласно изобретению содержит в качестве силикатсодержащей добавки молотый кварц дисперсностью 40-60 мкм и дополнительно бронзовую пудру и мел при следующем соотношении компонентов,мас.графит 3,0-8,0 молотый кварц 0,4-0,8 бронзовая пудра 15,0-25,0 мел 5,0-12,0 политетрафторэтилен остальное. Сущность изобретения заключается в следующем. Молотый кварц играет роль модификатора трения, изменяя характер фрикционного переноса ПТФЭ при трении. Он препятствует образованию пленок переноса, что стабилизирует коэффициент трения в процессе работы подшипника и при изменении нагрузки, что особенно важно при воздействии на узел трения переменных механических нагрузок. Использование кварца дисперсностью более 60 мкм приводит к значительному повышению коэффициента трения и увеличению износа, а применение кварца дисперсностью менее 40 мкм не приводит к дополнительному положительному эффекту. Введение в композицию молотого кварца менее 0,4 мас.приводит к нестабильности коэффициента трения, а содержание кварца более 0,8 мас.увеличивает коэффициент трения, температуру в зоне трения и износ. Мел является армирующим элементом, повышающим механическую прочность матрицы из ПТФЭ и существенно снижающим текучесть материала под нагрузкой. Введение в композицию мела в количестве менее 5,0 мас.приводит к снижению механической прочности, а введение мела более 12,0 мас.повышает коэффициент трения, износ и увеличивает хрупкость материала. Бронзовая пудра повышает теплопроводность композиции, обеспечивая отвод тепла из зоны фрикционного контакта, что повышает износостойкость материала и увеличивает ресурс работы подшипника скольжения. При содержании бронзы менее 15,0 мас.не обеспечивается достаточная теплопроводность материала, а содержание более 25,0 мас.не приводит к дополнительному положительному эффекту. Графит является традиционным, недефицитным и недорогим антифрикционным наполнителем. Содержание графита в пределах 3,0-8,0 мас.позволяет оптимально сочетать антифрикционные и прочностные свойства материала. Антифрикционную композицию готовили путем механического смешения компонентов в смесителе. После смешения до получения однородной массы из полученного порошка методом холодного прессования при давлении 50-60 МПа изготавливали заготовки изделий и образцы для испытаний. Полученные заготовки загружали в электропечь, кото 2 8216 1 2006.06.30 рую вместе с заготовками нагревали по специальной программе до температуры 3755 С. Время выдержки при температуре определяли из расчета 5 мин на 1 мм толщины изделия. Охлаждение производили вместе с печью. Составы антифрикционных композиций конкретного выполнения приведены в табл. 1. Таблица 1 Составы антифрикционных композиций, мас.Заявляемый состав Молотый кварц (ГОСТ 9077-82) Графит коллоидный марки 1(ГОСТ 8295-83) Мел химический (ГОСТ 8253-79) Бронзовая пудра марки БПК Сравнительные свойства предлагаемой композиции и известной приведены в табл. 2. Как следует из представленных данных, предлагаемая композиция обладает более высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками, чем прототип. Так интенсивность изнашивания предлагаемого материала в среднем в 17 раз ниже,чем у материала по прототипу. Температура в зоне фрикционного контакта при трении разработанного материала на 30-60 С ниже, чем при трении материала по прототипу. Механическая прочность материала по изобретению не ниже, чем у материала по прототипу. Кроме того, предлагаемая композиция более технологична, так как не требует специального приготовления силикатсодержащей добавки и не содержит в своем составе компонентов, способных выделяться в окружающую среду при ее изготовлении и эксплуатации. Таблица 2 Сравнительные свойства антифрикционных композиций Показатель Коэффициент трения Интенсивность изнашивания, 10-9 Температура в зоне трения, С Твердость по Бринеллю, МПа Разрушающее напряжение при сжатии, МПа Разрушающее напряжение при сжатии определяли по ГОСТ 4651-82, на машине ЦД-10. Фрикционные испытания проводили на машине трения -1 по схеме вал-вкладыш при нагрузке 2 МПа и скорости скольжения 1 м/с. Теплостойкость по Вика определяли по ГОСТ 15065-69. Твердость по Бринеллю определяли по ГОСТ 4670-70 на приборе НР-250. Температуру в зоне трения определяли хромель-копелевой термопарой, заделанной в образец на расстоянии 1 мм от поверхности трения. 3 8216 1 2006.06.30 Контрольные примерыипоказывают, что выход содержания компонентов за заявляемые пределы приводит к ухудшению всех показателей. Таким образом, только полное сочетание отличительных признаков приводит к достижению положительного результата. Предлагаемая композиция была испытана для изготовления опытных образцов подшипников скольжения натяжных устройств ременных передач зерноуборочного комбайна КЗР-10 Полесье на ПО Гомсельмаш. Разработанный материал при стендовых и полевых испытаниях показал высокие эксплуатационные свойства, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения критерию промышленная применимость. Источники информации 1. Фторопласты. Каталог. Черкассы НИИТЭХим, 1983. - С. 156. 2. А.с. СССР 730744, МПК С 08 27/18, С 08 К 3/04, 1980. 3. А.с. СССР 1620452, МПК С 08 5/16, С 08 27/18, 1991 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4