Полимерная фрикционная композиция

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(72) Автор Матюшенко Владимир Яковлевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(57) Полимерная фрикционная композиция, включающая фенолформальдегидную смолу,гексаметилентетрамин, базальтовое волокно и фрикционные добавки, отличающаяся тем, что она в качестве фрикционных добавок содержит борнокислый алюминий и формовочную глину и дополнительнотриполифосфат натрия, вискозное волокно и перекись металла, выбранную из группы, включающей ВаО 2, К 2 О 2, 22, 2, 2, 2 при следующем соотношении компонентов, мас.ч. фенолформальдегидная смола 100 гексаметилентетрамин 5-12 базальтовое волокно 10-50 вискозное волокно 8-20 борнокислый алюминий 4-10 формовочная глина 1-5 триполифосфат натрия 0,1-3 перекись металла, выбранная из группы, включающей ВаО 2, К 2 О 2, 22,1,3-20. 2, в 2, 2(56)1142488 , 1985.1179 1, 1996.2016001 1, 1994.4866107 , 1989.4654381 , 1987. Изобретение относится к созданию новых машиностроительных материалов на основе термореактивных связующих, которые могут быть использованы для изготовления фрикционных элементов тормозных устройств, обеспечивающих высокую износостойкость сопряженной металлической поверхности и материала при относительно высоких температурах и удельных нагрузках в коррозионных средах, например в присутствии воды. Известна полимерная фрикционная композиция, содержащая фенолформальдегидную смолу (30-50 мас. ), окись железа (7-10 мас. ), металлизированные кадмием зерна(7-15 мас. ) и асбестовое волокно (до 100 мас. ) 1. В качестве добавки известная полимерная фрикционная композиция содержит мышьяковистую медь, которая является канцерогенным веществом, что затрудняет применения фрикционных элементов, изготовленных из нее в открытых узлах трения. Материал, полученный из известной фрикционной композиции, характеризуется высокой набухаемостью в присутствии воды и низкими прочностными свойствами, что обусловливает его высокий износ при торможении. Наиболее близкой к заявляемой является фрикционная пресскомпозиция, содержащая фенолформальдегидную смолу (30-60 мас. ), гексаметилентетрамин (5-12 мас. ), графит(1-5 мас. ), окись железа (1-3 мас. ), трибромбензойную кислоту (0,2-4 мас. ), кремнефтористый основной алюминий (0,3-3 мас. ) и волокнистый наполнитель (до 100 мас. ) 2. При этом в качестве волокнистого наполнителя известная фрикционная пресскомпозиция содержит смесь базальтового и стеклянного волокон при массовом соотношении (4-10)(1-2). Материал, изготовленный из известной полимерной фрикционной композиции, в качестве модификаторов содержит трибромбензойную кислоту, продукты разложения которой интенсифицируют коррозионный износ чугунного контртела в присутствии воды. При этом коррозионные свойства продуктов разложения трибромбензойной кислоты усиливаются кремнефтористым основным алюминием, который содержится в известной фрикционной полимерной композиции. Продукты фрикционного диспергирования стеклянного волокна интенсифицируют абразивный износ сопряженной поверхности чугунного контртела. Кроме этого, вследствие трибохимической деструкции углеводородных компонентов известной полимерной фрикционной композиции в межконтактном объеме образуется большое количество атомарного водорода, обладающего большой скоростью диффузии в чугунное контртело. Накапливаясь в поверхностных рабочих слоях чугунного контртела,атомарный водород вызывает их охрупчивание, что интенсифицирует водородный износ металлического контртела. Предлагаемая полимерная композиция обеспечивает решение такой задачи, как получение фрикционных полимерных материалов на основе фенолоформальдегидных смол. Технический эффект заявляемого технического решения заключается в улучшении эксплуатационных свойств фрикционных изделий в присутствии воды за счет повышения износостойкости полимерной композиции и снижения водородного износа чугунного контртела вследствие уменьшения концентрации диффузионноспособного водорода в металле. Указанный технический результат достигается тем, что в полимерную фрикционную композицию, включающую фенолформальдегидную смолу, гексаметилентетрамин, базальтовое волокно и фрикционные добавки, вводят в качестве фрикционных добавок борнокислый алюминий и формовочную глину и дополнительно - триполифосфат натрия,вискозное волокно и перекись металла, выбранную из группы, включающей ВаО 2, К 22,22, 2, 2, 2, при следующем соотношении компонентов, мас. ч. фенолформальдегидная смола 100 гексаметилентетрамин 5-12 базальтовое волокно 10-50 вискозное волокно 8-20 борнокислый алюминий 4-10 формовочная глина 1-5 триполифосфат натрия 0,1-3 перекись металла, выбранная из группы, включающей 2, 22, 22,1,3-20. 2, 2,2 В качестве связующего при получении полимерной фрикционной композиции выбрана фенолформальдегидная смола резольного типа марки ЛБС-1 или ЛБС-3 (ГОСТ 901-78). Повышения степени сшивки связующего достигали путем введения в ее состав аминного 2 5044 1 отвердителя, например гексаметилентетрамина (ТУ 6-09-36-70). Оптимальное содержание отвердителя в композиции определяли экстрагированием, исходя из достижения связующим высокой плотности сшивки. Для повышения прочности, износостойкости и стабилизации коэффициента трения при торможении в полимерную фрикционную композицию введены базальтовое (ТУ 14-8560-88) и вискозное (ТУ 6-06-462-74) волокна и триполифосфат натрия (ГОСТ 13493-86). Введение базальтового и стеклянного волокон выше оптимальной концентрации снизит прочность полимерной фрикционной композиции, а ниже оптимальной концентрации повышает ее износ. Повышения коэффициента трения полимерной фрикционной композиции и снижения водородного износа чугунного контртела достигали путем дополнительного введения в состав материала бромкислого алюминия (ТУ 6-09-01-390-76), формовочной глины (ГОСТ 28177-89) и перекисей металлов, выбранных из группы 2 (ТУ 6-10-1320-72), 22(ГОСТ 9808-75), 22 (ГОСТ 4219-48), СаО 2 (ГОСТ 0262-62), РО 2 (ГОСТ 9199-68),С 2(СТУ 49-152-62). При этом свойства перекисей металлов, борнокислого алюминия и формовочной глины как ингибиторов наводороживания усиливаются присутствием во фрикционной полимерной композиции триполифосфата натрия. В качестве формовочной глины были использованы глины следующего состава, мас.состав- 57,59 2 10,07 А 23 11,63 е 23 4,94 СаО 3,334,75 (22) 7,69 прочие примеси состав-56,36 2 14,30 А 23 6,05 е 2 О 3 0,64 2 5,15 СаО 2.752,13 К 2 О 0,73 2 О 3,18 О 3 8,71 прочие примеси. Введение в полимерную фрикционную композицию борнокислого алюминия, формовочной глины и перекисей металлов выше оптимальной концентрации снижает прочность материала и повышает его износ, а ниже оптимальной концентрации уменьшает водородную износостойкость чугунного контртела. В настоящее время вискозные волокна используются в основном в качестве армирующих элементов при изготовлении композиционных полимерных материалов (Машинская Г.П. Пластики конструкционного назначения (реактопласты)./Под ред. Е.Б. Тростянской.- М., 1974. - С. 266-300). Триполифосфат натрия используется в прачечном производстве для умягчения воды, нейтрализации свободных кислот, содержащихся в загрязненном белье,переводе некоторых загрязнений в растворимое состояние (Щейхет Ф.И. Материаловедение химикатов, красителей и моющих средств. - М. Легкая индустрия, 1969. - С. 114-115). Перекиси металлов используют в качестве отбеливателей тканей в текстильной и прачечной промышленности (Позин М.Е. Перекись водорода и перекисные соединения. - М. Госхимиздат, 1951). Борнокислый алюминий и формовочная глина используются в качестве компонентов керамических связок в промышленности абразивных и керамических материалов (Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента/Под ред. В.Н. Бакуля. - М. Машиностроение, 1975. - С. 102-130). В отличие от известных технических решений вискозные волокна в сочетании с базальтовыми волокнами, борнокислый алюминий и формовочная глина использованы нами в качестве фрикционных добавок в фенолформальдегидную композицию и для снижения ее набухания в воде. Однако при введении указанных наполнителей не наблюдается существенного повышения износостойкости полимерной фрикционной композиции, а водородный износ чугунного контртела увеличивается. В связи с этим в фенолформальдегидную фрикционную композицию дополнительно вводили триполифосфат натрия и перекиси металлов,выбранные из группы 2, К 22, 22, 2, 2, 2. Кислород, выделяющийся при разложении перекисей металлов, взаимодействует с диффузионноспособным водородом, образующимся при трибохимической деструкции углеводородных компонентов полимерной композиции, в результате чего снижается водородный износ чугунного контртела. 3 5044 1 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,температуре 160-180 С и времени выдержки под давлением 1,0-1,5 мин/мм толщины изделия. Износостойкость полимерных композиций и чугунного контртела (чугун СЧ 21-40) исследовали на машине трения СМЦ-2 при трении по схеме вал-частичный вкладыш при нагрузке 6 Мпа и скорости относительного скольжения 12 м/с. Смазкой служила водородная вода. Количество водорода, продиффундировавшего в металл, определяли методом вакуумной экстракции. Для этого чугунное контртело после фрикционных испытаний помещали в вакуумную камеру, где нагревали его до температуры 700 С, при которой начинает выделяться водород. Примеры составов и основные свойства известной 2 и разработанной полимерных композиций приведены в таблице. Как видно из таблицы, сочетание выбранных компонентов позволило в сравнении с прототипом уменьшить концентрацию диффузионноспособного водорода в чугунном контртеле в 1,33-1,63 раза, повысить износостойкость полимерной фрикционной композиции в 1,7-2,1 раза и чугунного контртела в 1,5-2 раза при трении в среде воды. Источники информации 1. А.с. СССР 837973, МПК С 08 К 3/08, 1981. 2. А.с. СССР 1142488, МПК 08 61/10, 08 5/14, 1985 (прототип). Составы и свойства известной (2) и разработанной полимерных композиций Композиция, мас. ч (мас. ) Состав и свойство. Свойства 1. Фрикционные свойства (Р 6 МПА,12 м/с) 1.1. Коэффициент трения 1.2. Износ при смазке водой, мг/кгс м(СЧ 21-40) 2. Концентрация водорода в чугунном контртеле (чугун СЧ-40) после трения по полимерной композиции в течение 10 часов в водной среде, мл/ 100 г Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5