АНТИФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1994 года по МПК C08J5/16 C08L27/18 C08K3/04 C08J5/16 C08L27/18 

Изобретение относится к триботехнике, в частности к рецептуре антифрикционного материала, используемого, например, в качестве подшипников при трении скольжения без смазки.

Под антифрикционным материалом понимают любой подшипниковый материал, твердость которого меньше твердости сопряженной детали и обладающий низким коэффициентом трения наряду с высокой износостойкостью.

Известны антифрикционные материалы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и различных наполнителей. Большинство таких композиционных материалов имеют значительные степени наполнения. Однако, вместе с ростом износостойкости материалов при увеличении содержания наполнителя повышается жесткость, снижается эластичность. Поэтому важное значение имеют антифрикционные материалы с содержанием наполнителя до 5 мас. % , когда модуль упругости, жесткость и коэффициент рения практически не увеличиваются, а износостойкость растет. В качестве наполнителей в такие (малонаполненные) композиции вводят нитриды металлов, интерметаллиды, например, нитриды алюминия и титана, алюминаты кобальта, никеля и др. Однако, такие композиционные материалы существенно уступают по износостойкости известным высоконаполненным материалам, например композиционному материалу Ф4К20 (ТУ 6-05-1412-76). Так, данные по износостойкости лучшей из рекомендованных к применению композиций, включающей помимо фторопласта 5 мас. % нитрида алюминия, говоpят о повышении износостойкости в 100 раз по сравнению с исходным полимером. Для такого материала как Ф4К20 эта же характеристика составляет 253.

Из большого ряда композиционных материалов на основе ПТФЭ наиболее близким по технической сущности является антифрикционный материал на основе ПТФЭ, включающий 20 мас. % кокса - материал Ф4К20.

Такой материал обладает достаточно высокой износостойкостью, благодаря чему нашел широкое применение в различных узлах трения, однако имеет в 2,5-3 раза большую жесткость по сравнению с исходным полимером. Также к недостаткам такого материала относятся повышенное значение коэффициента трения по сравнению с чистым ПТФЭ и активный износ контртела, что обусловлено высокой степенью наполнения полимера и большим размером частиц наполнителя (до 50 мкм).

Задачей данного изобретения является разработка нового композиционного антифрикционного материала, имеющего высокую износостойкость наряду с эластич- ностью исходного полимера и не обладающего абразивной способностью.

Эта задача решается путем разработки композиционного материала на основе фторопласта, где в качестве наполнителя используют конденсированные продукты детонации взрывчатых веществ в количестве 2-7 мас. % , например, продукт УДАГ-С (ТУ 84.415-115-87). Такие продукты характеризуются высокой удельной поверхностью (300-400 м/г) и хотя по своей породе аналогичны различным наполнителям на основе углерода, по-видимому, вследствие своей высокой активности и дисперсности, существенно отличают свойства композиционного материала с их применением от прототипа и аналогов.

Конденсированные продукты детонации взрывчатых веществ представляют собой кластерный углерод в виде смеси алмазной и неалмазной форм и металлические примеси, например, продукт УДАГ-С (ТУ 84.415-115-87).

Такие продукты характеризуются размером первичных частиц 1-10 нм и представляют собой конденсированный остаток, образующийся после детонации в камере конденсированных взрывчатых веществ (например, тринитротолуол, гексоген) с отрицательным кислородным балансом, т. е. разлагающихся с выделением свободного углерода.

Для экспериментальной проверки нового материала были исследованы 7 композиций как с известным наполнителем (прототип), так и с конденсированными продуктами детонации взрывчатых веществ, в частности, продуктами УДАГ-С (ТУ 84.415-115-87) и УДАГМ (ТУ 7508906,006-89).

В таблице приведены состав композиций и свойства полученного материала. Материал Ф4К20 использовался промышлен- ного изготовления, остальные были изготовлены по обычной технологии: смешение, прессование, спекание.

Износостойкость материалов определяли на машине трения СМТ-1 по методике (4) в условиях сухого трения. Во всех случаях нагрузка составляла 3,75 кг, путь трения - 850 м, скорость скольжения - 0,78 М/с. Контртелом служил ролик из стали Х12М (HRCэ= 61+1; Ra= 0,32). Критерием износа является площадь "лунки износа", образующейся из первоначально точечного контакта.

Сопротивление сжатию определяли по стандартной методике на испытательной машине фирмы "Instron" (модель 1195).

Как видно из таблицы, свойства нового композиционного материала совмещают жесткость исходного полимера и износостойкость высоконаполненных композиций и удовлетворяют поставленной задаче при содержании наполнителя 2-7 мас. % . Композиция, включающая 1% продукта УДАГ-С, не обладает достаточно высокой износостойкостью, а повышение содержания наполнителя до 10 мас. % не позволяет получить образцы достаточной прочности (например, для последующей механической обработки).

Высокие эксплуатационные свойства материала позволяют успешно использовать его, например, в качестве опор скольжения в бытовой радиотехнике, что подтверждают натурные испытания в заводских условиях.

(56) Истомин Н. П. , Семенов А. П. Антифpикционные свойства композиционных материалов на основе фторполимеров. -М. : Наука, 1981.

Андрианова О. А. , Виноградов А. В. и др. Износостойкость малонаполненных композиций на основе политетрафторэтилена. - Трение и износ. , 1986, т. 7, N 6, с. 1037-1042.

Пугачев А. К. , Росляков О. А. Переработка фторопластов в изделия. - Технология и оборудование. Л. : Химия, 1987, с. 110.

Калинин А. А. , Мельников В. Г. , Колобов Ю. М. - Ускоренная методика оценки триботехнических свойств смазочных материалов на серийной машине трения // Заводская лаборатория, 1989, т. 55, N 3, с. 64-67.

Использование: изготовление подшипников скольжения. Сущность изобретения: антифрикционный материал содержит, % : наполнитель - углеродные кластеры 2 - 7 и политетрафторэтилен остальное. Углеродные кластеры представляют собой конденсированные продукты детонации взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балансом. Свойства материала: модуль упругости при сжатии 4,9 + 0,2 МПа. Износостойкость по площади "лунки износа" составляет 5,9 - 18,2 мм. Условия проведения испытаний на машине трения СМТ-1: нагрузка составляет 3,75 кг, путь трения - 850 м, скорость скольжения - 0,78 м/с. Контртело - ролик из стали Х12М. Коэффициент трения 0,21. 1 табл.

АНТИФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, включающий политетрафторэтилен и наполнитель, отличающийся тем, что материал в качестве наполнителя содержит углеродные кластеры - конденсированные продукты детонации взравчатых веществ с отрицательным кислородным балансом, содержащих нитрогруппы, при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Углеродные кластеры 2 - 7
Политетрафторэтилен Остальное