Фрикционный материал

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(72) Авторы Петрашенко Петр Дмитриевич Хило Петр Анатольевич Злотников Александр Игоревич Петрашенко Юрий Петрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(57) Фрикционный материал, включающий фенолоформальдегидную смолу, стеклянное и базальтовое волокна, частицы или порошок меди или латуни, барит, тальк, графит и органический модификатор, отличающийся тем, что содержит стеклянное и базальтовое волокна, обработанные формиатом меди, и в качестве органического модификатора содержит алкилфенол, выбранный из группы, включающей 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол,2,4,6-три-трет-бутилфенол и 2,6-ди-трет-бутил-4-метоксиметилфенол, при следующем соотношении компонентов, мас.ч. фенолоформальдегидная смола 100 стеклянное волокно, обработанное формиатом меди 9-18 базальтовое волокно, обработанное формиатом меди 24-58 частицы или порошок меди или латуни 28-46 барит 32-75 тальк 2-4 графит 1-3 алкилфенол 0,6-3,2. Изобретение относится к полимерным композиционным материалам фрикционного назначения и может использоваться в машиностроении для изготовления фрикционных элементов тормозных колодок и муфт сцепления автотракторной техники и технологического оборудования. Известна композиция для безасбестового фрикционного материала, содержащая (мас. ) фенольную смолу (5-15), арамидное волокно (1,5-3), минеральное волокно (5-10), стальное 10210 1 2008.02.28 волокно (2-20), карбид кремния (8-15), порошкообразный сплав с температурой плавления 320-380 С и скрытой теплотой плавления более 15 кал/г на основе легкоплавких металлов(3-12), сернокислый барий - остальное 1. Материал обладает высокой термостойкостью,но недостаточной механической прочностью и износостойкостью. Известна также композиция для изготовления фрикционного материала, содержащая(мас.ч.) фенолоформальдегидную смолу (100), базальтовое волокно (70-105), порошок железа и (или) меди (80-110), оксид железа и (или) оксид алюминия (20-40), каолин или мел (15-20), древесную муку (5-22), алкилфенол (2-4) и графит (1-6) 2. К недостаткам материала относятся невысокие термостойкость и механическая прочность, что связано с наличием в его составе древесного наполнителя. Кроме того, известен фрикционный материал, содержащий (мас. ) фенолоформальдегидную смолу (10-25), базальтовое волокно или смесь базальтового и стеклянного волокна (15-32), барит (15-27), оксид алюминия (6-10), дисперсную латунь (5-12), графит (14), смесь триглицеридов линолевой и линоленовой кислот (1,0-4,2), каолин (1,2-4,0) и диоксид титана (2-3) 3. Недостатком материала является невысокая фрикционная термостойкость, связанная с наличием в составе быстро разлагающихся при повышении температуры триглицеридов жирных кислот. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому материалу является фрикционный материал, включающий (мас. ) фенолоформальдегидную смолу (8-14), асбестовое или стеклянное и минеральное (в т.ч. базальтовое) волокно (20-33), металлы (в т.ч. медь и латунь) и их оксиды (4-22), неорганические модификаторы (в т.ч. барит и тальк) (7-24), углерод или графит (18-34) и органические модификаторы (остальное) 4. Материал характеризуется низкой износостойкостью и механической прочностью, что связано с большим содержанием углерода или графита, имеет нестабильный коэффициент трения при высоких температурах и содержит в своем составе асбест. К недостаткам материала следует отнести и наличие скрипа при торможении. Задачей изобретения является повышение износостойкости, механической прочности и стабильности коэффициента трения в условиях фрикционного разогрева, улучшение экологических свойств. Поставленная задача решается тем, что известный фрикционный материал, включающий фенолоформальдегидную смолу, стеклянное и базальтовое волокна, частицы или порошок меди или латуни, барит, тальк, графит и органический модификатор, согласно изобретению, содержит стеклянное и базальтовое волокна, обработанные формиатом меди, и в качестве органического модификатора содержит алкилфенол, выбранный из группы,включающей 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, 2,4,6-три-трет-бутилфенол, 2,6-ди-третбутил-4-метоксиметилфенол, при следующем соотношении компонентов, мас.ч. фенолоформальдегидная смола 100 стеклянное волокно, обработанное формиатом меди 9-18 базальтовое волокно, обработанное формиатом меди 24-58 частицы или порошок меди или латуни 28-46 барит 32-75 тальк 2-4 графит 1-3 алкилфенол 0,6-3,2. Сущность изобретения заключается в следующем. Фенолоформальдегидная смола является термостойким связующим, традиционно применяемым при изготовлении фрикционных материалов. В качестве смолы использовали фенолоформальдегидную смолу резольного типа с молекулярной массой 400-1000. Смесь стеклянного и базальтового волокон позволяет заменить в составе асбестовое волокно. Обработка волокна формиатом меди приводит к тому, что на поверхности во 2 10210 1 2008.02.28 локна находится тонкий слой формиата меди, который при горячем прессовании изделий разлагается с выделением коллоидной меди (температура разложения формиата меди 160 С). Образующаяся коллоидная медь отличается высокой химической активностью и вступает в реакцию с фенолоформальдегидной смолой с образованием металлополимерного соединения, играющего роль аппрета и повышающего прочность адгезионного соединения на границе смола - волокно. Обработку волокна производят следующим образом. Стеклянное или базальтовое волокно рубят до размера 10-50 мм, отмывают от замасливателя и других технических загрязнений, используя стандартные моющие средства и погружают в 5-10 водный раствор формиата меди на 30-60 мин. Извлеченные из раствора волокна сушат при температуре 60-80 С до полного удаления воды и используют для изготовления фрикционного материала. Содержание стеклянного волокна менее 9 мас.ч. снижает механическую прочность и коэффициент трения, а содержание сверх 18 мас.ч. не приводит к дополнительному положительному результату. Содержание базальтового волокна менее 24 мас.ч. не позволяет получить высокий и стабильный коэффициент трения, а содержание сверх 58 мас.ч. уменьшает механическую прочность материала. Частицы или порошок меди или латуни играют роль модификатора трения, снижая износ материала и металлического контртела и стабилизируя коэффициент трения, а также увеличивают теплопроводность материала, что повышает устойчивость материала к фрикционному разогреву. При содержании металлов менее 28 мас.ч. повышается износ материала, а при содержании более 46 мас.ч. дополнительных улучшений свойств не наблюдается, но возрастает стоимость материала. Барит (сульфат бария) является стандартным фрикционным наполнителем, обеспечивающим высокий коэффициент трения. Содержание барита в количестве 32-75 мас.ч. обеспечивает оптимальное сочетание фрикционных и прочностных свойств материала. Тальк, введенный в композицию, стабилизирует коэффициент трения при изменении нагрузки и устраняет скрип при резком нагружении узла трения (торможении). Содержание талька менее 2 мас.ч. не приводит к заметному положительному эффекту, а содержание сверх 4 мас.ч. снижает коэффициент трения. Алкилфенолы повышают стойкость фенолоформальдегидных смол к термической и термоокислительной деструкции, что значительно увеличивает фрикционную термостойкость материала и, как следствие, приводит к повышению стабильности коэффициента трения при фрикционном разогреве материала. При содержании алкилфенола менее 0,6 мас.ч. снижаются термостойкость материала и стабильность коэффициента трения, а содержание более 3,2 мас.ч. не приводит к дополнительному положительному результату. Наличие графита обеспечивает образование пленки фрикционного переноса на металлическом контртеле, что уменьшает износ контртела и фрикционного материала, а также исключает задиры и схватывание трущихся поверхностей. При содержании графита менее 1 мас.ч. увеличивается износ трущихся поверхностей, а при содержании более 3 мас.ч. снижается коэффициент трения и уменьшается механическая прочность. Материал готовят следующим образом. Сначала в смесителе смешивают дисперсные компоненты частицы или порошок меди или латуни, барит, тальк и графит. Затем отдельно смешивают фенолоформальдегидную смолу в виде 30-50 спиртового раствора(спирт -технологическая среда) с алкилфенолом. В полученный раствор смолы добавляют смесь сухих компонентов и тщательно перемешивают. Затем в полученную суспензию добавляют смесь обработанных формиатом меди стеклянного и базальтового волокон и перемешивают до получения однородной массы. Массу сушат на воздухе до полного удаления спирта. Для ускорения процесса сушки можно применять подогрев до 50 С. Из полученного материала готовят образцы и изделия методом горячего прессования при температуре 17010 С и давлении 505 МПа. Время выдержки в прессформе - 1 мин на 1 мм толщины изделия. 3- ЛБС-1 2 Алкилфенол 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол 2,4,6-три-трет-бутилфенол 2,6-ди-трет-бутил-4-метоксиметилфенол 3 Обработанное формиатом меди стеклянное волокно марки БС 6 200 80 4 Обработанное формиатом меди базальтовое волокно 5 Порошок меди марки ПМС-1 6 Стружка латуни марки ЛЦ 40 С 7 Барит 8 Тальк 9 Графит 10 Порошок железа Характеристика Разрушающее напряжение при сжатии, МПа Коэффициент трения при скорости 1 м/с, нагрузке 1 МПа и температуре- 150 С Термостойкость, С Наличие скрипа при трении 10210 1 2008.02.28 Составы фрикционного материала конкретного выполнения приведены в табл. 1. Сравнительные свойства предлагаемого материала и известного приведены в табл. 2. В качестве прототипа был испытан фрикционный материал, содержащий, мас.(мас.ч.) стекловолокно - 14 (100), минеральное (базальтовое) волокно - 14 (100), порошок меди - 19 (135,7), барит - 7 (50), волластонит - 9 (64,3), графит - 23 (164,3), фенолоформальдегидная смола - 14 (100) - состав , фиг. 25 описания патента США 4175070, как наиболее близкий к заявляемому материалу. Разрушающее напряжение при сжатии определяли по ГОСТ 4651-82. Фрикционные испытания проводили на машине трения УМТ- по схеме диск-палец при скорости скольжения 1 м/с и нагрузке 1 МПа. Термостойкость определяли на дериватографе 1500. За количественную характеристику термостойкости принимали температуру, при которой начиналась интенсивная потеря массы образца. Как следует из представленных данных, предлагаемый материал обладает более высокими физико-механическими характеристиками, чем материал по прототипу. Разрушающее напряжение при сжатии у предлагаемого материала на 58-65 выше, чем у прототипа, а интенсивность изнашивания соответственно в 1,8-3,5 раза ниже. Термостойкость разработанного материала на 50 С выше, чем у известного. Коэффициент трения у предлагаемого материала в 1,36-1,45 раза выше, чем у материала по прототипу. При повышении температуры испытаний до 150 С коэффициент трения заявляемого материала практически не изменяется, что свидетельствует о его высокой стабильности, а у материала по прототипу коэффициент трения при этом увеличивается на 33 . Контрольные примерыипоказывают, что выход содержания компонентов за заявляемые пределы приводит к ухудшению всех показателей. Контрольный примерпоказывает, что использование в составе вместо меди или латуни порошка железа приводит к снижению фрикционных свойств. Разработанный материал не содержит в своем составе асбеста и его эксплуатация (торможение) не сопровождается скрипом, что повышает его экологические свойства по сравнению с прототипом. Предлагаемая композиция была испытана для изготовления тормозных накладок в механизме торможения волочильных машин на Белорусском металлургическом заводе. Источники информации 1. Патент РФ 2009149, МПК С 08 5/14, С 08 61/06, С 08 К 13/04, 1994. 2. Патент РБ 1179, МПК С 08 5/14, С 08 61/10, С 08 К 13/04, 1996. 3. Патент РБ 3814, МПК С 08 5/14, С 08 61/10, С 08 К 13/04, 2001. 4. Патент США 4175070, МПК С 08 К 3/04, С 08 К 3/08, С 08 К 3/22, 1979 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.