Полимерная антифрикционная композиция

08 3/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусский государственный университет транспорта(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет транспорта(57) Полимерная антифрикционная композиция, содержащая фенолоформальдегидную смолу резольного типа, гексаметилентетрамин, гидроксилсодержащий полимер и рубленый волокнистый наполнитель, выбранный из группы, содержащей отходы трикотажного хлопчатобумажного полотна, льняных или хлопчатобумажных тканей, отличающаяся тем, что в качестве гидроксилсодержащего полимера она содержит поливиниловый спирт и дополнительно - эвтектический сплав, включающий, мас. ч. висмут 50 свинец 25 олово 13 кадмий 12,хингидрон, азотнокислую медь, холестериловый эфир каприновой кислоты, графит или дисульфид молибдена, и перекись металла, выбранную из группы, содержащей 2, 22, 22, 2, 2, при следующем соотношении компонентов, мас.ч. фенолоформальдегидная смола резольного типа 100 гексаметилентетрамин 4-10 поливиниловый спирт 0,5-12,0 эвтектический сплав 2-15 хингидрон 0,1-8,0 азотнокислая медь 1,5-10,0 холестериловый эфир каприновой кислоты 0,1-3,5 графит или дисульфид молибдена 10-25 рубленый волокнистый наполнитель 20-60 перекись металла 1,2-60,0.(56) 1. А.с. СССР 704957, МКИ С 08 К 3/04, 1979. 2. А.с. СССР 1142488, МКИ С 08 61/10, 1985. 3. А.с. СССР 1171436, МКИ С 08 К 3/10, 1985 (прототип). Изобретение относится к получению полимерных композиций антифрикционного назначения, сформированных на основе термореактивных связующих, и может быть использовано для восстановления изношенных или для изготовления новых деталей узлов трения машин, например, для нанесения антифрикционных покрытий на направляющие металлорежущих станков, эксплуатирующихся при смазке смазочноохлаждающей жидкостью (СОЖ) на основе воды и при нарушении режима граничного трения. Известен антифрикционный материал, состоящий из нетканой армировки на основе ориентированных полимерных волокон, пропитанной композицией, содержащей фенолформальдегидную смолу (7-10 мас.),графит (12-25 мас.), галогенфосфат алюминия (0,2-0,6 мас.), колчеданный огарок (1-3 мас.) и поливинилбутираль (до 100 мас.) 1. Известна полимерная пресс-композиция, включающая фенолформальдегидную смолу (30-60 мас.), гексаметилентетрамин (5-12 мас ), графит (-5 мас.), окись железа (1-3 мас.), трибромбензойную кислоту(0,2-4 мас.), кремнефтористый основной алюминий (0,3-3 мас.), смесь базальтового и стеклянного волокон в массовом тношении (4-10)(-2) (до 100 мас.) 2. Материал, полученный из этой полимерной пресс-композиции, характеризуется высокой набухаемостью в СОЖ на основе воды и низкими прочностными свойствами, что обуславливает его высокий износ при нарушении режима граничного трения. 1734 1 Наиболее близкой к заявляемой является полимерная композиция, включающая фенолформальдегидную смолу резольного типа (100 мас.ч.), волокнистый наполнитель, выбранный из группы, содержащей отходы льняных или хлопчатобумажных тканей, трикотажного хлопчатобумажного полотна, вискозных, полиэфирных,полиамидных и полиакрилонитрильных волокон длиной 0,5-40 мм (до 250 мас.ч.), гексаметилентетрамин (4-10 мас.ч.), диаминофенол-дигидрохлорид (0,1-0,8 мас.ч.), поливинилбутираль (-10 мас.ч.) и магнийцинковый оксихлорид (2-20 мас.ч.) 3. В качестве добавки эта композиция содержит диаминофенолдигидрохлорид и магнийцинковый оксихлорид, которые в присутствии СОЖ на основе воды вызывают высокий коррозионный износ сопряженной поверхности чугунного контртела. Высокое водопоглощение известной полимерной композиции приводит к возникновению значительных по величине внутренних растягивающих напряжений, которые интенсифицируют износ материала. Предлагаемая полимерная композиция обеспечивает решение такой задачи как получение антифрикционных полимерных материалов улучшенных физико-механических свойств. Технический эффект заявляемого изобретения заключается в повышении износостойкости полимерной композиции и снижении водородного износа чугунного контртела вследствие уменьшения глубины зоны максимального наводораживания металла и концентрации диффузионноспособного водорода в нем, а также в уменьшении набухания мтриала в СОЖ на основе воды и его усадки при отверждении, в снижении внутренних растягивающих напряжений в полимерной матрице. Указанный технический результат достигается тем, что в полимерную антифрикционную композицию,содержащую фенолформальдегидную смолу резольного типа, гексаметилентетрамин, гидроксилсодержащий полимер и рубленый волокнистый наполнитель, выбранный из группы, содержащей отходы трикотажного хлопчатобумажного полотна, льняных или хлопчатобумажных тканей. В качестве гидроксилсодержащего полимера она содержит поливиниловый спирт и дополнительно - эвтектический сплав, включающий, мас.ч. висмут 50 свинец 25 олово 13 кадмий 12,хингидрон, азотнокислую медь, холестериловый эфир каприновой кислоты, графит или дисульфид молибдена, и переокись металла, выбранную из группы, содержащей 2, 22, 22, 2, 2, при следующем соотношении компонентов, мас.ч. фенолформальдегидная смола резольного типа 100 гексаметилентетрамин 4-10 поливиниловый спирт 0,5-12,0 эвтектический сплав 2-15 хингидрон 0,1-8,0 азотнокислая медь 1,5-10,0 холестериловый эфир каприновой кислоты 0,1-3,5 графит или дисульфид молибдена 10-25 рубленый волокнистый наполнитель 20-60 перекись металла 1,2-60,0. В качестве связующего при получении полимерной антифрикционной композиции выбрана фенолформальдегидная смола резольного типа марки ЛБС-1 или ЛБС-3 (ГОСТ 901-78). Повышение степени сшивки связующего и прочности композиции достигали путем введения в ее состав аминного отвердителя, например, гексаметилентетрамина (ТУ 6-09-36-70). Оптимальное содержание отвердителя в композиции определяли экстрагированием исходя из достижения связующим высокой степени сшивки. Снижения набухания в СОЖ на основе воды и повышения износостойкости полимерной композиции достигали путем введения в связующее сухой смазки, например графита (ГОСТ 5420-74) и дисульфида молибдена (ТУ МХП РУ 1082-54), поливинилового спирта (ГОСТ 10779-78), хингидрона (ГОСТ 6344-52) и волокнистого наполнителя. При этом в качестве волокнистого наполнителя использовали рубленые отходы текстильной промышленности льняных тканей (ГОСТ 44-75), хлопчатобумажных тканей (ГОСТ 1680-76) и хлопчатобумажного трикотажного полотна (ГОСТ 230-78). Введение сухой смазки, поливинилового спирта, хингидрона, волокнистого наполнителя выше оптимальной концентрации увеличивает набухаемость материла в СОЖ на основе воды, а ниже оптимальной концентрации - повышает его износ при смазке указанной СОЖ. Дальнейшего повышения износостойкости и снижения усадки полимерной композиции, а также уменьшения водородного износа чугунного контртела (чугун марки СЧ 21-40) достигали дополнительным введением в связующее сверхпластичного эвтектического сплава (МРТУ 6-09-353-63), содержащего висмут, свинец, олово и кадмий, азотнокислой меди (ГОСТ 4163-48), холестерилового эфира каприновой кислоты (ТУ 6 П-68-72) и перекисей металлов, выбранных из группы 2 (ТУ 6-10-1320-72), 22 (ГОСТ 9808-75), 22 (ГОСТ 4219-48), 2 (ГОСТ 0262-62),2 (ГОСТ 9199-68). При трении в водных СОЖ эвтектический сплав образует на поверхности чугунного контртела квазижидкие металлические пленки переноса, сверхпластичные свойства которых усиливаются присутствием в полимерной композиции холестерилового эфира каприновой кислоты. При вспышках температур на пятнах касания полимерной композиции наблюдается разложение перекисей металлов и образование атомарного кислорода, которое катализируется азотнокислой медью. В результате взаимодействия этого атомарного кислорода с водородом, выделяющимся при трибохимической деструкции углеводородных компонентов полимерной композиции, образуется вода, поступающая в состав СОЖ. Это способствует снижению водородного износа чугунного контртела, а образующиеся сверхпластичные пленки переноса защищают его поверхность от коррозионнохимического разруше 2 1734 1 ния химически активными компонентами СОЖ. Введение эвтектического сплава, азотнокислой меди, холестерилового эфира каприновой кислоты и перекисей металлов выше оптимальной концентрации снижает износостойкость полимерной композиции, а ниже оптимальной концентрации - повышает водородный износ чугунного контртела и увеличивает усадку материала. В отличие от известных технических решений поливиниловый спирт, холестериловый эфир каприновой кислоты и эвтектический сплав использованы нами в качестве антифрикционных модификаторов фенолформальдегидной композиции и для снижения ее набухания в СОЖ на основе воды. Однако при введении указанных модификаторов не наблюдается существенного повышения износостойкости полимерной композиции, а водородный износ чугунного контртела увеличивается. В связи с этим в фенолформальдегидную композицию вводили хингидрон, азотнокислую медь, волокнистый наполнитель,перекиси металлов, выбранные из группы 2, 22, 22, 2, 2. В результате трибохимического взаимодействия поливинилового спирта, сухих смазок и эвтектического сплава с хингидроном в присутствии азотнокислой меди, холестерилового эфира каприновой кислоты, волокнистого наполнителя и перекиси металлов на сопряженных поверхностях образуются адгезионноспособные пленки переноса, защищающие как полимерную композицию, так и чугунное контртело от коррозионного износа при смазке СОЖ на основе воды. При этом эффективные защитные пленки переноса образуются лишь при оптимальном соотношении модификаторов в композиции. Кислород, образующийся при разложении перекисей металлов, взаимодействует с диффузионноспособным водородом, выделяющимся при трибохимической деструкции углеводородных компонентов полимерной композиции, в результате чего снижается водородный износ чугунного контртела. Технология формирования изделий из разработанной полимерной композиции заключается в следующем. В фенолформальдегидную смолу вводят наполнители и целевые добавки, а затем вводят отвердитель гексаметилентетрамин. После сушки композицию перерабатывают в изделия методом компрессионного прессования при давлении 40-60 кН/м 2, температуре 160-180 С и времени выдержки под давлением ,0-1,5 мин/мм толщины изделия. Примеры составов и основные свойства известной 3 и разработанной полимерных композиций приведены в таблице. Как видно из таблицы, сочетание выбранных компонентов позволило в сравнении с прототипом уменьшить усадку в 2,6-4 раза и набухание в 3,2-7,4 раза композицию в среде СОЖ на основе воды, снизить внутренние напряжения в ней в 2,8-6,6 раза, а также уменьшить концентрацию диффузионноспособного водорода в чугунном контртеле в 2,0-3,4 раза и глубину залегания зоны максимального наводораживания в 6,2-7,1 раза, повысить износостойкость композиции в 3,2-6,9 раз и контртела в 3,2-5,4 раза при трении в среде СОЖ на основе воды. Отсутствие в полимерной композиции поливинилового спирта и азотнокислой меди (композиция ), волокнистого наполнителя и эвтектического сплава (композиция ), хингидрона и холестерилового эфира каприновой кислоты (композиция Х), сухой смазки (композиция ) и перекисей металлов (композиция ) приводит к ухудшению эксплуатационных свойств полимерной композиции. Износостойкость полимерных композиций и чугунного контртела (чугун СЧ 28-40) исследовали на машине СМЦ 2 при трении по схеме вал-частичный вкладыш при нагрузке 5 МПа и корости относительного скольжения 5,7 м/с. Смазкой служили СОЖ на основе воды, содержащая 0,01 активного смачивателя ОП-7, 0,6 триэтаноламина и 0,25 нитрата натрия. Набухание образцов полимерных композиций определяли весовым методом после экспозиции в течение 10 суток в СОЖ на основе воды. Внутренние растягивающие напряжения, возникающие в образцах полимерных композиций в результате поглощения СОЖ, измеряли методом проволочной тензометрии. Для этого в образцах сверлили отверстия, в которых с помощью эпоксидной смолы устанавливали малобазные тензодатчики и с помощью их измеряли внутренние напряжения после 10 суток экспонирования в СОЖ. Количество водорода, продиффундировавшего в металл определяли методом вакуумной экстракции. Для этого контртело после фрикционных испытаний помещали в вакуумную камеру, где нагревали его до температуры 700, при которой начинает выделяться водород. Усадку образцов определяли по изменению их диаметра после прессования в сравнении с размером отверстия в прессформе. Состав. 1. Фенолформальдегидная смола резольного типа (по сухому остатку) 1.1. Марки ЛБС-1 1.2. Марки ЛБС-3 2.Гексаметилентетрамин 3.Поливиниловый спирт наполнитель из отхоов 4.1. Льняных тканей 4.2. Хлопчатобумажных тканей 4.3. Хлопчатобумажного трикотажного полотна 5. Эвтектический сплав 6. Хингидрон 7. Азотнокислая медь 8.Холестериловый эфир каприновой кислоты 9. Сухая смазка 9.1. Графит 9.2.Дисульфидмолибдена 10. Перекиси металлов,выбранные из группы 10.1. 2 10.2. 22 10.3. 2 10.4. 2 10.5. 2 11. Диаминофенолдигидрохлорид 12. Поливинилбутираль 13. Магний-цинковый оксихлорид. Свойство. 1. Усадка,2. Набухание в СОЖ на основе воды (после 10 суток экспонирования),3. Внутренние напряжения в образцах из поли 100 10 суток набухания в СОЖ на основе воды,МПа 4. Концентрация водоро да в чугунном контртеле(чугун СЧ 21-40) после трения по полимерным композициям в течение 5 часов в среде СОЖ на основе воды, мл/100 г. 5. Интенсивность изнашивания (нагрузка-5 Мпа, скорость -15,7 м/мин,основе во ды) 1734 1 1 6. Глубина максимальной зоны наводораживания в контртеле из чугуна СЧ 21-40 после трения по полимерным композициям в течение 5 часов в среде СОЖ на основе воды, мкм оставитель А.Ф. Фильченкова Редактор В.Н. Позняк Корректор Т.Н. Никитина Заказ 2411 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5