Полимерная композиция для изготовления поддерживающих роликов транспортеров путевых снегоуборочных машин

08 13/02, 08 5/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОДДЕРЖИВАЮЩИХ РОЛИКОВ ТРАНСПОРТЕРОВ ПУТЕВЫХ СНЕГОУБОРОЧНЫХ МАШИН(71) Заявитель Белорусский государственный университет транспорта(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет транспорта(57) Полимерная композиция для изготовления поддерживающих роликов транспортеров путевых снегоуборочных машин, включающая фенолоформальдегидную смолу резольного типа, гексаметилентетрамин, эвтектический сплав, содержащий висмут, свинец, олово, термопластичный полимер, графит или дисульфид молибдена,холестериловый эфир карбоновой кислоты, окислитель и рубленый волокнистый наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит эвтектический сплав, дополнительно включающий индий при следующем соотношении компонентов, мас. ч. висмут 60 свинец 18 олово 12 индий 10,в качестве термопластичного полимера она содержит поливинилхлорид, в качестве холестерилового эфира карбоновой кислоты - холестериловый эфир пальмитиновой кислоты, в качестве окислителя - соединение,выбранное из группы, включающей 4, 2, , 2, 3 Са(ОС 1)2 2 Са(ОН)2 2 Н 2, в качестве рубленого волокнистого наполнителя - отходы полиакрилонитрильного волокна и дополнительно - сульфонафтеновые кислоты при следующем соотношении компонентов, ма. ч. фенолоформальдегидная смола резольного типа 100 гексаметилентетрамин 4-10 эвтектический сплав 2-15 поливинилхлорид 1-10 графит или дисульфид молибдена 10-30 холестериловый эфир пальмитиновой кислоты 0,2-3,0 окислитель, выбранный из группы, включающей 4, 2, , 2,32 22 22 0,3-1,5 отходы полиакрилонитрильного волокна 5-10 сульфонафтеновые кислоты 0,07-2,50. 2251 1 Изобретение относится к созданию полимерных материалов конструкционного назначения на основе резольных фенолоформальдегидных смол, которые могут быть использованы для изготовления деталей путевых снегоуборочных машин. Известна полимерная композиция, включающая фенолоформальдегидную смолу (100 мас.ч.), волокнистый наполнитель (80-250 мас.ч.), диаминофенол дигидрохлорид (0,1-0,8 мас.ч.), поливинилбутираль (1-10 мас.ч.),магнийцинковый оксихлорид (2-20 мас.ч.) и гексаметилентетрамин 1. Известна полимерная композиция, включающая диаминофенол дигидрохлорид и магнийцинковый оксихлорид, которые при эксплуатации в снегоабразивной смеси вызывают увеличение коррозии стальных элементов транспортеров снегоуборочных машин, что приводит к сокращению их срока службы. Компоненты известной полимерной композиции способствуют набухаемости водой в снегоабразивной смеси, что при понижении температуры окружающей среды меньше температуры замерзания воды вызывают растрескивание поддерживающих роликов и увеличивают их износ. Известна также полимерная композиция конструкционного назначения, включающая фенолоформальдегидную смолу резольного типа (100 мас.ч.), рубленый волокнистый наполнитель (40-250 мас.ч.), гексаметилентетрамин (4-10 мас.ч.), 10-ный раствор поливинилбутираля в этиловом спирте (1-10 мас.ч.),ненасыщенную полиэфирную смолу на основе продукта поликонденсации полиэтиленгликоля с малеиновым или фталевым ангидридом с вязкостью при 20 С 20-50 с (0,5-15 мас.ч.), оксинитрат алюминия (2-20 мас.ч.),метазин (0,3-12 мас.ч.), сернокислый барий (0,1-3 мас.ч.) и минеральный наполнитель, выбранный из группы, включающей каолин, графит и двуокись кремния 2. Известная полимерная композиция в своем составе содержит оксинитрат алюминия, который в снегоабразивной смеси вызывает повышенный коррозионный износ поддерживающих роликов транспортеров путевых снегоуборочных машин. Материал из известной полимерной композиции имеет низкий коэффициент теплопроводности, что приводит к накоплению в рабочем слое композита тепловой энергии, которая ускоряет процесс дегидрирования его углеводородных компоненов. Это способствует накоплению диффузионноспособного водорода в поверхностных слоях стальных элементов транспортера снегоуборочных машин, что приводит к охрупчиванию металла и отделению частиц износа от металлических элементов транспортера при малом числе циклов фрикционного взаимодействия. Вследствие плохой совместимости фенолоформальдегидной смолы с ненасыщенной полиэфирной смолой материал, сформированный из известной полимерной композиции, характеризуется низкой ударной вязкостью и высоким износом в снегоабразивной смеси. В связи с высокой скоростью старения полиэфирной смолы известная полимерная композиция имеет также низкую атмосферостойкость и поддерживающие ролики, изготовленные из нее, быстро стареют и разрушаются в условиях воздействия атмосферных факторов (влажность, загрязнения, суточные и сезонные изменения температуры окружающей среды,солнечная радиация и т.д.). Кроме того, полимерная композиция имеет высокую адгезию при примерзании к металлическим элементам транспортера, что приводит к образованию вырывов на поверхности поддерживающих роликов, изготовленных из нее, при трогании снегоуборочной машины с места. Наиболее близкой к заявляемой является полимерная антифрикционная композиция, включающая фенолоформальдегидную смолу резольного типа (100 мас.ч.), гексаметилентетрамин (4-10 мас.ч.),поливиниловый спирт (0,5-12 мас.ч.), хингидрон (0,1-8 мас.ч.), эвтектический сплав (2-15 мас.ч.),содержащий висмут (50 мас.ч.), свинец (25 мас.ч.), олово (13 мас.ч.) и кадмий (12 мас.ч.), азотнокислую медь (1,5-10 мас.ч.), холестериловый эфир пеларгоновой кислоты (0,1-3,5 мас.ч.), графит или дисульфид молибдена (10-25 мас.ч.), рубленый волокнистый наполнитель (20-60 мас.ч.) и перекиси металлов, выбранные из группы ВаО 2 , К 2 О 2 ,2 , СаО 2 , О 2 3. Известная полимерная композиция в своем составе содержит азотнокислую медь, которая при эксплуатации в снегоабразивной смеси вызывает повышенный коррозионный износ стальных поддерживающих роликов. Это приводит к сокращению срока службы транспортеров путевых снегоуборочных машин. Материал из известной полимерной композиции обладает высоким водопоглащением, что при понижении температуры приводит к возникновению значительных внутренних напряжений в объеме ролика. Это способствует растрескиванию материала ролика, что сокращает срок службы транспортеров. Материал ролика обладает также высокой адгезией при примерзании к металлу транспортера, что приводит к появлению вырывов на поверхности ролика и к сокращению его долговечности. Поддерживающие ролики, изготовленные из известной полимерной композиции, обладают низкой износостойкостью при работе в снегоабразивной смеси, что также способствует сокращению срока службы транспортеров дорожных снегоуборочных машин. Техническая задача изобретения - улучшение эксплуатационных свойств поддерживающих роликов снегоуборочных машин. 2251 1 Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении набухаемости материала в воде и внутренних напряжений в нем при замерзании, снижения адгезии материала ролика при примерзании к металлу транспортера и повышения износостойкости полимерной композиции и стального контртела при смазке снегоабразивной смесью. Указанный технический результат достигается тем, что в полимерную композицию, содержащую фенолоформальдегидную смолу резольного типа, гексаметилентетрамин, эвтектический сплав, содержащий висмут, свинец, олово, термопластичный полимер, графит или дисульфид молибдена, холестериловый эфир карбоновой кислоты, окислитель и рубленый волокнистый наполнитель, вводят эвтектический сплав, дополнительно включающий индий при следующем соотношении компонентов, мас.ч. висмут 60 свинец 18 олово 12 индий 10,в качестве термопластичного полимера - поливинилхлорид, в качестве холестерилового эфира карбоновой кислоты - холестериловый эфир пальмитиновой кислоты, в качестве окислителя - соединение,выбранное из группы, включающей КМпО 4, СаОС 2, , 2, 322 Са(ОН)22 Н 2 О, в качестве рубленного волокнистого наполнителя - отходы полиакрилонитрильного волокна и дополнительно - сульфонафтеновые кислоты. При этом полимерная композиция содержит указанные компоненты в следующем соотношении, мас.ч. фенолоформальдегидная смола резольного типа 100 гексаметилентетрамин 4-10 эвтектический сплав 2-15 поливинилхлорид 1-10 графит или дисульфид молибдена 10-30 холестериловый эфир пальмитиновой кислоты 0,2-3,0 окислитель, выбранный из группы, включающей КМпО 4, СаОС 2 2, 3(2) 2222 0,3-1,5 отходы полиакрилонитрильного волокна 5-10 сульфонафтеновые кислоты 0,07-2,5. Для получения полимерной композиции использовали резольную фенолоформальдегидную смолу марок ЛБС-1 или ЛБС-3 (ГОСТ 901-78). Повышения степени сшивки связующего и прочности композиции достигали путем введения в ее состав аминного отвердителя, например, гексаметилентетрамина(ТУ 6-09-36-70). Оптимальное содержание гексаметилентетрамина в композиции определяли экстрагированием исходя из достижения связующим максимальной степени сшивки. Снижения водопоглощения полимерной композиции и внутренних напряжений в изделиях при замерзании, повышения ее ударной вязкости и износостойкости в снегоабразивной смеси, достигали введением в состав связующего эвтектического сплава(МРТУ 6-09-353-63),отходов полиакрилонитрильного волокна (ТУ 17-09-121-82), сухой смазки, в качестве которой использовали графит (ГОСТ 5420-74) и дисульфид молибдена (ТУ МХПРУ 1082-64), и сульфонафтеновых кислот(ГОСТ 463-53). Введение эвтектического сплава, отходов полиакрилонитрильных волокон, сухой смазки и сульфонафтеновых кислот выше оптимальной концентрации снижает прочность и износостойкость полимерной композиции, а ниже оптимальной концентрации повышает износ стального контртела и внутренние напряжения в изделиях при замерзании и уменьшает ударную вязкость композиции. Для повышения износостойкости полимерной композиции и стального контртела, при смазке снегоабразивной смесью снижения адгезии ролика, изготовленного из разработанного материала, при примерзании к стальной ленте транспортера снегоуборочной машины и уменьшения водопоглащения композиции в состав материала введены поливинилхлорид (ГОСТ 14039-78), холестериловый эфир пальмитиновой кислоты и т.д., окислитель, выбранный из группы, включающей КМпО 4 (ГОСТ 577753), СаОС 2 (ГОСТ 1692-58), 3 Са(ОС)2222 (ТУ УНХВ 30-79), , 2 (ГОСТ 11086-64). Введение поливинилхлорида, холестерилового эфира пальмитиновой кислоты и окислителя ниже оптимальной концентрации повышает износ полимерной композиции и стального котртела в снегоабразивной смеси и увеличивает ее адгезию к стали при примерзании, а выше оптимальной концентрации - увеличивает водопоглощение полимерной композиции и внутренние напряжения в ней,снижает ударную вязкость материала, его прочность и износостойкость. Дальнейшего снижения износа полимерной композиции и стального контртела, уменьшения внутренних напряжений в роликах, изготовленных из разработанного материала, при замерзании и повышения ударной вязкости композиции 3 2251 1 достигали дополнительным введением в фенолоформальдегидную смолу сульфонафтеновых кислот,отходов полиакрилонитрильных волокон и сухой смазки. Таким образом в сравнении с известными техническими решениями заявляемый объект обладает существенными отличиями, а получение положительного эффекта обусловлено всей совокупностью признаков. Технология формирования изделий из разработанной полимерной композиции заключается в следующем. В фенолоформальдегидную смолу вводят отвердитель, наполнители и целевые добавки. После сушки композицию измельчают и перерабатывают в изделия методом компрессионного прессования при давлении 40-60 МПа, температуре 160-170 С и времени выдержки под давлением 11,5 мин. на 1 мм толщины изделия. Составы и свойства материалов, полученных из исследуемых составов полимерных композиций приведены в таблице 1. Как видно из таблицы 1 сочетание выбранных компонентов позволило в сравнении с прототипом снизить интенсивность изнашивания полимерной композиции с 1,44-2,16 раз и стального контртела в 1,75-2,5 раз при смазке снегоабразивной смесью, уменьшить водопоглощение композиции в 1,55-2,8 раз и внутренние напряжения в ней при замерзании в 3,45-5,9 раз,повысить ударную вязкость композиции в 6,14-6,74 раз и снизить адгезию полимерной композиции при примерзании к стали в 5,4-9,3 раз. Влияние концентрации компонентов на ударную вязкость композиции оценивали на маятниковом копре КМ-0,5. Износ образцов, изготовленных из разработанной полимерной композиции, и стального контртела исследовали на машине возвратно-поступательного трения при скорости скольжения 0,1 м/с и нагрузке 1,5 МПа путь трения составлял 2 км. Смазкой служила снегоабразивная смесь,содержащая 20 песка. Водопоглощение композиции оценивали весовым методом. Для этого образцы из композиции помещали в сосуд с дистиллированной водой на 72 часа. Величину внутренних напряжений в набухших образцах композиции при замерзании измеряли тензометрическим методом. С этой целью в образцах сверлили отверстия диаметром 8 мм и глубиной 10 мм, куда помещали малобазные тензодатчики, которые затем заливали эпоксидной смолой и отверждали ее. Замораживание набухших образцов осуществляли при температуре (-20 С) в течение 2 часов. В качестве параметра, характеризующего способность компонентов препятствовать примерзанию композиции к стали, использовали адгезию материала к замерзшей пленке воды на металле. Образцы готовили следующим образом. Для исследований использовали образцы из композиции и стали в виде пластин размером 150 х 50 х 10 мм, которые склеивали замерзшей пленкой воды внахлест. При этом длина нахлестки составляла 50 мм. Замораживание пленки воды осуществляли при температуре (-20 С) в течение 1 часа в морозильной камере. Испытание замороженных образцов осуществляли на разрывной машине ЦД-10. 2251 1 Составы и основные свойства известной 3, разработанной и исследуемых полимерных композиций Состав и свойство 1. СОСТАВЫ Фенолформальдегидная смола резольного типа (по сухому остатку) 1.1. марки ЛБС-1 1.2. марки ЛБС-3 Гексаметилентетрамин Эвтектический сплав, включающий(мас.ч.) висмут (60), свинец (18),олово (12), индий (10) Поливинилхлорид Сухая смазка 5.1. Графит 5.2. Дисульфид молибдена Холестериловый эфир пальмитиновой кислоты Сульфонафтеновые кислоты Отходы полиакрилонитрильного волокна Окислитель 9.1. КМпО 4 9.2. СаОС 2 9.3.9.4. 2 9.5. 322222 Поливиниловый спирт Эвтектический сплав, включающий(25),олово (13), кадмий (12) Хингидрон Азотнокислая медь Холестериловый эфир каприновой кислоты Отходы хлопчатобумажного трикотажного полотна Перекись 22. СВОЙСТВА Ударная вязкость, кДж/м 2 Износ (Р 1,5 МПа, 0,1 м/с, смазка-снегоабразивная смесь) композиции 10 мм 3/км стального контртела 10 мм 3/км Внутренние напряжения в набухших образцах композиции при замерзании, МПа Водопоглащение за 72 ч.,Адгезия композиции при примерзании к стали, Н/м Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.