Антифрикционная композиция

08 13/02//( 08 13/02, 322, 513, 556) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатель Институт механики металлополимерных систем Академии наук Беларуси(71) Заявитель Институт механики металлополимерных систем Академии наук Беларуси(57) Антифрикционная композиция, включающая полиамид, графит или диульфид молибдена в качестве антифрикционного наполнителя, смазку и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве смазки алкилфенол формулы 1527 а в качестве модифицирующей добавки - алкилтрифосфаты алкоксипроизводных титана общей формулы где - алкил 2-8, -алкил 6-17, 1-3, и диоксид титана при следующем соотношении компонентов,мас.ч полиамид 100 антифрикционный наполнитель 3-6 алкилфенол 0,08-1,2 алкилтрифосфаты алкоксипроизводных титана 0,1-1,8 диоксид титана 2-8. 1975 1 Изобретение относится к полимерным композиционным материалам триботехнического назначения и может использоваться в машиностроении для изготовления подшипниковых элементов узлов трения,работающих в условиях воздействия повышенных температур и нагрузок. Известна самосмазывающаяся антифрикционная композиция, содержащая, мас. полиолефин 5-15, смазочное масло 3-10, графит 5-10, ингибитор коррозии 1-5, полиамид 1. Недостатком композиции является высокий коэффициент трения. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является антифрикционная композиция, содержащая, мас.ч. графит- 10-24, дисульфид молибдена 8-10, политетрафторэтилен - 1-3, окись иттрия - 1-3, и полиамид - остальное 2. Недостатком этой композиции является длительность процесса изготовления материала, что снижает его технологичность. Кроме того композиция обладает высоким коэффициентом трения при использовании ее в узлах трения, работающих со смазкой, недостаточной стойкостью к термоокислительной деструкции и невысокой теплостойкостью, что ограничивает ее применение в высоконагруженных узлах трения. Задача изобретения - повышение теплостойкости и стойкости к термоокислительной деструкции, снижение коэффициента трения и повышение технологичности композиции. Поставленная задача достигается тем, что антифрикционная композиция, включающая полиамид, антифрикционный наполнитель, смазку и металлоорганическое соединение, содержит в качестве смазки - алкилфенол с химической формулой 1527 в качестве металлоорганического соединения - алкилтрифосфаты алкоксипроизводных титана общей формулы где,- алкил С 2-8,- алкил С 6-17,1-3 и дополнительно - диоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.ч. полиамид 100 антифрикционный наполнитель 3-6 алкилфенол 0,08-1,2 алкилтрифосфаты алкоксипроизводных титана 0,1-1,8 диоксид титана 2-8. Сущность изобретения и предположительный механизм действия компонентов заключается в следующем. В качестве замещенного алкилфенола использовали карданол, одно из фенольных соединений, получаемых из скорлупы ореха кешью. Эти соединения представляют собой смесь высокореакционноспособных по отношению к формальдегиду моно- и диатомных алкилфенолов с ненасыщенным радикалом (15) в метаположении Наличие длинного радикала уменьшает жесткость структуры карданола, снижает хрупкость полимеризованного продукта. К аналогам карданола можно отнести некоторые продукты переработки древесины, например, лигнин, натуральные каучуки. Однако эти вещества, в силу того, что они имеют короткие боковые цепи,можно отнести лишь к химическим аналогам. По проведенным в ИММС НАН Б исследованиям он способен при введении в полиамиды выполнять роль антиоксиданта. Одновременно, благодаря наличию длинного углеводородного остатка, он играет роль смазки, снижая коэффициент трения. Содержание алкилфенола в количестве менее 0,08 мас.ч. не обеспечивает повышения термостойкости полиамида и снижения коэффициента трения, а содержание сверх 1,2 мас.ч. приводит к снижению механической прочности. Алкилтрифосфаты алкоксипроизводных титана указанной формулы играют роль пластификатора и одновременно с алкилфенолом модификатора трения. Уменьшение содержания алкилтрифосфатов алкоксипроизводных титана менее 0,1 мас.ч. приводит к увеличению коэффициента трения и снижению ударной вязкости, а содержание сверх 1,8 мас.ч. к снижению механической прочности. Алкилтрифосфаты алкоксипроизводных титана получали путем введения тетраалкилортотитаната 4 гдеалкил 2-8 в реакцию с 1-3 эквивалентами производного фосфорной кислоты, в качестве которого используют продукт взаимодействия эквимолярных количеств пятиокиси фосфора и диалкилового эфира фосфорной кислоты 2 ОН гдеалкил 6-17. Использовали следующие конкретные соединения 1975 1 Сочетание в композиции алкилтрифосфатов алкоксипроизводных титана и диоксида титана (а не оксида другого металла) позволяет получить высокую механическую прочность и износостойкость. Содержание диоксида титана менее 2 мас. ч. приводит к снижению механической прочности и износостойкости, а содержание сверх 8 мас. ч. приводит к появлению хрупкости. В качестве антифрикционных наполнителей использовали графит или дисульфид молибдена. Содержание антифрикционного наполнителя в количестве 3-6 мас. ч. позволяет оптимально сочетать фрикционные и механические характеристики материала. Эффект от использования заявляемого технического решения не является следствием известных изобретений и обнаружен самими авторами. Авторам не известно техническое решение, предусматривающее использование алкилфенола и алкилтрифосфатов алкоксипроизводных титана совместно с диоксидом титана для модифицирования полиамидов. При изучении патентной информации и научно-технической литературы подобные решения не обнаружены. В соответствии с изложенным, заявляемое техническое решение отвечает критерию существенные отличия, а положительный эффект достигается лишь в совокупности отличительных признаков. Композицию готовят следующим образом. Гранулы полиамида загружают в смеситель принудительного действия, добавляют алкилфенол и алкилтрифосфаты алкоксипроизводных титана, представляющие собой густые жидкости, и производят перемешивание в течении 10-15 минут. За это время жидкости равномерно смачивают поверхность гранул. Затем в смеситель загружают антифрикционный наполнитель и диоксид титана и смешение повторяют в течение 10-15 минут. За это время наполнители равномерным слоем налипают на смоченные смесью алкилфенола и алкилтрифосфатов алкоксипроизводных титана поверхности гранул. Материал перерабатывают в изделия методом литья под давлением при температуре 220-230 5 о 0 С и давлении литья 80-100 МПа. Составы композиций приведены в таблице 1. Сравнительные свойства предлагаемой композиции и прототипа приведены в таблице 2. Продолжительность технологического процесса изготовления предлагаемого материала и прототипа приведена в таблице 3. Как видно из представленных данных предлагаемый материал не уступает известному по механической прочности и превосходит его по теплостойкости по Вика (на 20), по термостойкости (на 10), по износостойкости (в 2-3 раза). Коэффициент трения предлагаемого материала при трении без смазки ниже на 10, а при трении со смазкой ниже в 2-3 раза, чем у известного материала. Продолжительность технологического процесса изготовления известного материала в 10 раз больше (в основном за счет необходимости изготовления продукта взаимодействия), чем предлагаемого. Составыипоказывают, что выход за заявляемые пределы содержания компонентов приводит к снижению свойств материала. Контрольные составыипоказывают, что использование одного алкилфенола или алкилтрифосфатов алкоксипроизводных титана приводит к значительному уменьшению износостойкости материала. Составпоказывает, что замена диоксида титана на другой оксид (в данном случае оксид алюминия) приводит к возрастанию коэффициента трения и увеличению износа. Таким образом, только полное сочетание отличительных признаков приводит к достижению положительного результата. Разрушающее напряжение при сжатии определяли по ГОСТ 4651-82, а при растяжении по ГОСТ 11262-80 на машине ЦД-10. Фрикционные испытания проводили на машине трения - по схеме вал-частичный вкладыш. Коэффициент трения определяли при нагрузке 4 МПа и скорости скольжения 0,75 м/с, а интенсивность изнашивания при нагрузке 1 МПа и скорости скольжения 0,25 м/с. Теплостойкость по Вика определяли по ГОСТ 15065-69. Термостойкость (стойкость к термоокислительной деструкции) определяли по данным термогравиметрии на дериватографе -1500. За количественную характеристику термостойкости принимали температуру, при которой начиналась интенсивная потеря массы образца. Ударную вязкость определяли на маятниковом копре по ГОСТ 467480. Предлагаемая антифрикционная композиция была испытана в узлах трения аксиально-поршневых насосов для изготовления подшипников скольжения опоры траверсы насосов. На основании лабораторных и ресурсных испытаний, проведенных на ПО Гидроавтоматика (г. Гомель), разработанная композиция рекомендована к серийному внедрению. Изготовленные из разработанной композиции подшипники для траверсы аксиально- поршневых насосов НАП-140-20 взамен металлических шарикоподшипников ( 310), являются на сегодняшний день единственным в СНГ примером использования композиционных материалов в конструкциях мощных масляных насосов. Таблица 1 1975 1 Составы композиций конкретного выполнения Компоненты(ТУ 48-19-133-75) 5. Алкилфенол 6. Алкилтрифосфаты алкоксипроизводных титана с химической формулой (1) Таблица 2 Физико-механические и трибологические свойства материалов Показатель- со смазкой минеральным маслом И-20 А 2. Интенсивность изнашивания,10-9 3. Ударная вязкость, кДж/м 2 4. Теплостойкость по Вика, С 5. Термостойкость, С 6. Разрушающее напряжение при сжатии, МПа- после 6 ч кипячения в воде 7. Разрушающее напряжение при растяжении, МПа 1975 1 Таблица 3 Определение продолжительности технологических процессов изготовления материалов Операции 1. Измельчение компонентов (двукратное) 2. Нанесение на гранулы полиамида адгезива 3. Смешение гранул полиамида с порошкообразными компонентами 4. Общая продолжительность Продолжительность Прототип, а.с. СССР Заявляемый мате 1235880 риал 4-5 часов 10-15 минут 10-15 минут 30 минут 10-15 минут 4 ч 40 минут-5 ч 45 минут Заказ 5552 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.