Антифрикционная композиция

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Биран Владимир Владимирович Смуругов Владимир Алексеевич Сенатрев Александр Николаевич Плескачевский Юрий Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(ВУ) Истомин Н.П. и др. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторполимеров. - М. Наука,1981. - С. 33-55.1. Антифрикционная композиция, включающая графит, измельченное базальтовое волокно, модификатор, выбранный из группы, включающей 1 Т,1 Г-м-фенилендималеимид,М,1 Г-гексаметилендималеимид и 1 Т,1 Г-(метилен-ди-п-фенилен)дималеимид, и политетрафторэтилен, отличающаяся тем, что в качестве графита содержит коллоидный и природный графит и дополнительно содержит измельченное углеродное волокно и кварцевые или корундовые микросферы при следующем соотношении компонентов, мас.коллоидный графит 2-6 природный графит 3-9 измельченное базальтовое волокно 4-6 модификатор 3-10 измельченное углеродное волокно 2-4 кварцевые или корундовые микросферы 2-4 политетрафторэтилен остальное.2. Антифрикционная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что содержит кварцевые или корундовые микросферы, обработанные поверхностно-активным веществом.Изобретение относится к полимерным композиционным самосмазывающимся материалам, предназначенным для изготовления деталей узлов трения, работающих при отсутствии смазки или ее ограничении в условиях воздействия повыщенных температур,высоких скоростей скольжения и переменных нагрузок.КОМПОЗИЦИИ являются высокий коэффициент трения при трении без смазки и недостаточная теплостойкость.Известна антифрикционная композиция, содержащая (мас. ) базальтовое волокно 2,7-6,3 расширенный графит 7,2-9,0 ПТФЭ 54,9-63,9 клиноптилолит 16,2-19,8 и этиловый спирт 2. Недостатками КОМПОЗИЦИИ являются невысокая теплостойкость, сложность ее изготовления, а также дефицитность и высокая стоимость входящих в ее состав компонентов клиноптилолита - редкого природного цеолита, и расширенного графита, который получают кислотной обработкой природного графита с последующей термообработкой при 600-1000 С.Известна также антифрикционная композиция, включающая (мас. ) ПТФЭ 75-77 кокс 10-15 базальтовое волокно 3-6 дисульфид молибдена 3,5-6,5 и аэросил с удельной поверхностью 270-330 м 2/г 1-3 3. Недостатками композиции являются сравнительно высокий коэффициент трения, при трении по стали и невысокая теплостойкость.Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционная композиция, включающая (мас. ) графит 5-15 измельченное базальтовое волокно 3-6 модификатор, выбранный из группы, включающей 1 Т,1 Г-м-фенилендималеимид, М,М-гексаметилендималеимид и 1 Т,1 Г-(метилен-ди-п-фенилен)дималеимид,и ПТФЭ 4. Недостатками известной композиции являются невысокие износостойкость,теплостойкость и механическая прочность.Задачей изобретения является повышение износостойкости, теплостойкости и механической прочности антифрикционной композиции.Поставленная задача решается тем, что антифрикционная композиция, включающая графит, измельченное базальтовое волокно, модификатор, выбранный из группы, включающей М,1 Г-м-фенилендималеимид, М,1 Г-гексаметилендималеимид и 1 Т,1 Г-(метилен-дип-фенилен)дималеимид, и политетрафторэтилен, в качестве графита содержит коллоидный и природный графит и дополнительно содержит измельченное углеродное волокно и кварцевые или корундовые микросферы при следующем соотношении компонентов, мас.коллоидный графит 2-6 природный графит 3-9 измельченное базальтовое волокно 4-6 модификатор 3-10 измельченное углеродное волокно 2-4 кварцевые или корундовые микросферы 2-4 политетрафторэтилен остальное, а также за счет того, что микросферы предварительно обработаны поверхностно-активным веществом.Сущность изобретения и предположительный механизм действия компонентов заключаются в следующем. Измельченные базальтовое и углеродное волокна (длина моноволокон в пределах 50-120 мкм) являются армирующим элементом, повышающим механическую прочность матрицы из ПТФЭ и существенно снижающим текучесть материала под нагрузкой. В отличие от стеклянных, базальтовые волокна не обладают выраженным абразивным действием и поэтому более предпочтительны при использовании в антифрикционной композиции, а углеродные волокна не только не оказывают абразивного действия при трении, но частицы их износа обладают смазочными свойствами. Использование в композиции только базальтового волокна приводит к повышению коэффициента трения и интенсивности изнашивания, а применение только углеродного волокна - к снижению механической прочности. При введении в композицию базальтового волокна в количестве менее 4 мас. снижается механическая прочность, а введение базальтового волокна более 6 мас. повышает коэффициент трения. При содержании углеродного волокна менее 2 мас. снижаются механическая прочность и износостойкость, а его содержание более 4 мас. не приводит к дополнительному улучшению износомеханических показа 11 1111111 2111.11.11телей, но связано с большими трудностями по гомогенизации КОМПОЗИЦИИ и нецелесообразно по экономическим показателям, так как углеродное волокно значительно дороже базальтового.Введенный в композицию модификатор 1 Т,1 Г-м-фенилендималеимид, 1 Т,1 Г-гексаметилендималеимид или 11,1 Г-(метилен-ди-п-фенилен)дималеимид, полимеризуется при спекании ПТФЭ с образованием практически сплошной полиимидной сетки внутри матрицы из ПТФЭ, что резко повышает теплостойкость и износостойкость материала.При содержании модификатора менее 3 мас. эффект повышения теплостойкости и износостойкости выражен слабо, а содержание олигоимида более 10 мас. не приводит к дополнительному положительному эффекту и экономически нецелесообразно.Природный графит марки ГЛ-1 обладает крупнокристаллической структурой, которая легко расслаивается при трении, образует на сопряженном металлическом контртеле пленки фрикционного переноса, что приводит к резкому снижению коэффициента трения уже при содержании природного графита в количестве 3 мас. . Однако легкость расслаивания природного графита является причиной снижения механической прочности и износостойкости композиции при его содержании более 9 мас. . Введение в композицию коллоидного графита марки С-1 в количестве 2-6 мас. позволяет добиться дополнительного снижения и стабильности коэффициента трения без снижения механической прочности и износостойкости.Кварцевые или корундовые микросферы размером 10-45 мкм, получаемые плазмохимическим способом, будучи введенными в антифрикционную композицию, играют роль модификатора трения, снижая коэффициент трения и интенсивность изнашивания,особенно при высоких нагрузках. Можно предположить, что при трении микросферы играют роль тел качения (микроподшипники), что и приводит к значительному снижению коэффициента трения и интенсивности изнашивания. Введение в композицию микросфер в количестве менее 2 мас. сопровождается снижением износостойкости, а введение микросфер более 4 мас. не приводит к дополнительному положительному эффекту, но значительно повышает стоимость материала.Кварцевые или корундовые микросферы, обладая избыточной поверхностной энергией, склонны к агрегатированию, что затрудняет их равномерное распределение в объеме композиции и требует дополнительного времени и усилий по перемешиванию и гомогенизации композиции. Уменьшения агрегатирования микросфер можно добиться путем их обработки в 0,5-1,0 -ном водном растворе поверхностно-активного веЩества (ПАВ), в качестве которого были испытаны неионогенное ПАВ - препарат ОС-20 (моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе первичных жирных кислот), катионное ПАВ - препарат Эмульфор (триэтаноламиновая соль олеиновой кислоты) и анионное ПАВ - ацетат натрия (С 2 Н 3 О 2 Ыа). Для обработки микросферы погружали в раствор ПАВ, выдерживали в течение 5-10 минут, извлекали из раствора и сушили при температуре 100-105 С до полного удаления воды.Антифрикционную композицию готовили следуюшим образом. Базальтовое и углеродное волокно измельчали в дисковой мельнице до размера моноволокон в диапазоне 50-120 мкм и загружали в смеситель вместе с остальными порошкообразными компонентами. После смешения до получения однородной массы из полученного порошка методом холодного прессования при давлении 50-60 МПа изготавливали заготовки изделий антифрикционного назначения и образцы для испытаний. Полученные заготовки загружали в электропечь и спекали при температуре 37515 С. Время выдержки при температуре определяли из расчета 5 мин на 1 мм толшины изделия. Нагревание и охлаждение производили вместе с печью.Составы антифрикционных композиций конкретного выполнения приведены в табл. 1. Сравнительные свойства предлагаемой композиции и известной приведены в табл. 2.Таблица 1 Составы анти икционных композиций, Мас. РЗаявляеМЬ 1 й состав Компонент 1 Х 11 111 1/ У /1 ЧП /1 П 1 Х Графит природный Марки ГЛ-1 2 3 4 6 6 6 6 8 9 10 Графит коллоидный Марки С 1 (ГОСТ 8295-83) 7 6 5 4 4 4 4 3 2 1 Волокно базальтовое измельченное 3,5 4,0 4,5 5,0 5,0 5,0 5,0 5,5 6,0 6,5 Волокно углеродное измельченное 4,5 4,0 3,5 3,0 3,0 3,0 3,0 2,5 2,0 1,5 Модификатор 1 Т,1 Г-м-фенилендималеимид 2 3 - 6,5 6,5 6,5 6,5 - 10 12 М,ЪГ-гексаметилендималеимид - - 5 - - - - - - 1 Т,1 Г-(Метилен-Ди-п-фенилен)ДиМалеиМиД - - - - - - - 8 - МикросферЬ 1 кварцевые 1,5 2,0 - 3,0 - - - - 4,0 4,5 корунДовЬ 1 е - - 2,5 - - - - 3,5 - кварцевые, обработанные в 0,5 растворе ПАВ ЭМулЬфор - - - - 3,0 - - - - ОС-20 - - - - - 3,0 - - - ацетат натрия - - - - - - 3,0 - - Политетрафторэтилен Марки ПН (ГОСТ 10007-80) 79,5 78,0 75,5 72,5 72,5 72,5 72,5 69,5 67,0 64,5Таблица 2 Сравнительные свойства антифрикционных композиций Показатель Прототип, па- 1 ЗаявляеМЬ 1 й состав Х тент РБ Не 7862 н Ш 1/ У и х/н х/ш 1 Х Коэффициент трения 0,10 0,11 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,12 Интенсивность изнашивания, 1079 2,2-5,2 2,6 2,0 2,0 2,0 1,7 1,6 1,8 2,0 2,0 3,7 Теплостойкость по Вика, С 230-235 235 240 240 240 245 245 245 245 240 240 Разрушающее напряжение при сжатии, МПа 22,5-23,0 22,5 24,5 24,8 24,8 25,7 26,6 27,2 25,5 25,5 23,0