ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ФРИКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C08J5/14 C08L61/10 C08K3/00 C08K3/00 C08K3/04 C08K3/22 

Изобретение относится к области производства полимерных фрикционных материалов и предназначено для изготовления тормозных колодок автомобильного и другого транспорта.

Известны полимерные фрикционные материалы для тормозных колодок автомобилей, включающие термоотверждаемую связку, каучук, стимуляторы износостойкости, зернистые и волокнистые наполнители [1] Недостатком известных решений является использование графита с высокой степенью графитизации, свыше 90% что, во-первых, понижает износостойкость изделий, во-вторых, повышает себестоимость продукции из-за дополнительных затрат на повышение чистоты графита; необходимость введения в состав полимерного материала песка или технического углерода для повышения износостойкости тормозных колодок до заданного уровня. В то же время повышение количества ингредиентов понижает однородность материала и, как следствие, снижает качество изделия, и увеличивает его себестоимость. Присутствие бутадиенового сополимера в значительных количествах снижает температуру окислительной деструкции материала, что увеличивает механический и деструктивный износ тормозных колодок.

Известен полимерный фрикционный материал, изготовленный из композиции, включающей анилинфенолформальдегидную смолу, бутадиеннитрильный каучук, асбест, баритовый концентрат, оксид алюминия, медный порошок, бронзовую стружку, графит и фторид кальция [2]
Однако материал, изготовленный из данной композиции, не обладает достаточной износостойкостью. Также недостатком данного состава является высокое содержание асбеста, являющееся канцерогенным веществом и загрязняющим окружающую среду. По этой причине представляется целесообразным либо полное выведение асбеста из полимерного материала, либо, по крайней мере, снижение его содержания в материале.

Изобретение направлено на снижение износа тормозных колодок, повышение срока эксплуатации автомобиля и сохранение коэффициента трения на заданном уровне 0,35-0,45. Для решения данной технической задачи используют полимерный фрикционный материал, включающий фенолформальдегидную смолу, бутадиеннитрильный каучук, модификатор износостойкости и зернистые и волокнистые наполнители. В качестве модификатора износостойкости используют смесь глинозема (оксида алюминия) с углеродным порошком со степенью графитации 38-65% в суммарном количестве 0,10-0,16 кг/кг шихты полимерного материала и в соотношении глинозем-углерод, равном 1:0,09-0,56, при следующем соотношении компонентов, мас.

Фенолформальде- гидная смола 12-14
Бутадиеннитрильный каучук 3-4
Указанный модификатор износостойкости 10-16
Зернистые и волокнис- тые наполнители Остальное
В качестве термоотверждаемой связки используют фенолформальдегидную смолу, вводимую в шихту полимерного материала в количестве 0,12-0,14 кг/кг шихты. При меньшем количестве смолы износостойкость материала недостаточна, что сокращает срок эксплуатации тормозных колодок. При содержании смолы более 0,14 кг/кг шихты, снижается коэффициент трения материала, а его себестоимость возрастает.

В шихту полимерного материала включают также бутадиеннитрильный каучук в количестве 0,02-0,04 кг/кг шихты. При его содержании менее 0,02 кг/кг шихты снижаются эластические свойства материала, а коэффициент трения заметно возрастает. При содержании каучука в шихте более чем 0,04 кг/кг шихты снижается температура окислительной деструкции материала, что приводит к его повышенному механическому и деструктивному износу.

В качестве зернистых и волокнистых наполнителей используют баритовый концентрат, бронзовую стружку, медный порошок, волокнистую массу, базальтовое волокно и другие, причем в ряде исключительных случаев может использоваться асбест.

Используемый стимулятор износостойкости относится к системам комбинированного типа. Он состоит из смеси глинозема с содержанием оксида алюминия, близким к 50% с углеродным порошком со строго выдержанной степенью графитации в пределах 38-65% При степени графитации углерода менее 38% не происходит качественной приработки фрикционного материала с материалом контртела, что не позволяет снизить износ материала по сравнению с существующим уровнем. При степени графитации углерода более 65% из-за высокого размера кристаллитов происходит не только снижение износа фрикционного материала, но и коэффициента трения, что недопустимо.

Углеродный порошок со степенью графитации 38-65% производится по ТУ 48-4801-14/0-83 на Днепровском электродном заводе, являясь коммерчески доступным.

Компоненты стимулятора износостойкости системы "глинозем углерод" выдерживают в заданном соотношении, равном 1:(0,09-0,56). При содержании углеродного порошка менее 0,09 массы глинозема, из-за неравномерности распределения этой добавки среди твердых компонентов снижение износа полимерного материала не обеспечивается. При содержании углеродного порошка более 0,56 массы глинозема существенно снижается коэффициент трения, что недопустимо.

Суммарное количество стимулятора износостойкости по глинозему и углероду выдерживают в пределах 0,1-0,16 кг/кг шихты полимерного материала. При содержании стимулятора менее 0,1 кг/кг шихты существенного снижения износа не происходит, то есть качество материала не соответствует предъявляемым к нему требованиям. При содержании стимулятора в количестве более 0,16 кг/кг шихты материала его износостойкость уже не понижается, зато снижается значение коэффициента трения, что недопустимо.

П р и м е р 1. Шихту составляют из 13% фенолформальдегидной смолы, 3% бутадиеннитрильного каучука, 14% стимулятора износостойкости, 70% зернистых и волокнистых наполнителей. Стимулятор износостойкости подают в виде смеси из глинозема с содержанием окислов алюминия 50% и углеродного порошка со степенью графитации 45% а соотношение "глинозем-углерод" устанавливают равным 1:0,30. Перечисленные материалы подвергают сухому перемешиванию в твердом виде в смесителе закрытого типа под давлением 6 кг/см² в течение 6 мин. Полученную смесь формуют в брикеты под давлением 800 кг/см² при комнатной температуре, затем термообрабатывают при температуре 170-180^оС и удельном давлении 1000 кг/см² с выдержкой в пресс-форме 1,5 мин на 1 мм толщины изделия. При таком составе и параметрах изготовления полимерного материала его износ, определенный по ГОСТ 23-210-80, на машине трения СМТ-1 по достижении температуры 450^оС при скорости скольжения 3,9 м/с и нагрузке 60 кГс составил 0,18 ГПа^-1, а коэффициент трения 0,4.

П р и м е р 2. Шихту составляют из 12% фенолформальдегидной смолы, 2% каучука, 10% стимулятора износостойкости и 76% зернистых и волокнистых наполнителей. Стимулятор износостойкости вводят в виде смеси глинозема и углеродного порошка со степенью графитации 38% а соотношение "глинозем-углерод" устанавливают равным 1:0,09. Приемы изготовления материала идентичны примеру 1. При таком составе и параметрах изготовления полимерного материала его износ составил 0,2 ГПа^-1, а коэффициент трения 0,39. Понижение степени графитации углеродного порошка возможно только до величины 38% При снижении степени графитации до 35% из-за качества приработки фрикционного материала с материалом контртела износ возрастает с 0,2 до 0,24 ГПа^-1. Снижение количества углеродного порошка в стимуляторе износостойкости возможно до величины 0,09 содержания глинозема. Например, при содержании углерода в стимуляторе, равном 0,05 содержания глинозема, из-за неравномерного распределения углерода среди других компонентов износ увеличивается на 14% Понижение количества стимулятора износостойкости в шихте для изготовления полимерного материала возможно только до величины 0,10 кг/кг шихты. Уже при содержании стимулятора в шихте 0,08 кг/кг шихты величина износа материала приближается к 0,27 ГПа^-1.

П р и м е р 3. Шихту изготавливают из 14% фенолформальдегидной смолы, 4% бутадиеннитрильного каучука, 16% стимулятора износостойкости и 66% зернистых и волокнистых наполнителей. Стимулятор вводят в виде смеси глинозема и углеродного порошка со степенью графитации 65% а соотношение "глинозем-углерод" устанавливают равным 0,56. Приемы изготовления полимерного материала идентичны примеру 1. При таком составе и параметрах изготовления полимерного материала его износ составил 0,19 ГПа^-1, а коэффициент трения 0,38. Повышение степени графитации углеродного порошка возможно только до величины 65% Например, при степени графитации 70% из-за увеличения размеров кристаллитов углерода происходит увеличение износа материала до 0,2 ГПа^-1 и снижение коэффициента трения до 0,29. Повышение количества углеродного порошка в стимуляторе износостойкости возможно только до величины 0,56 содержания глинозема. Так, при содержании углерода в стимуляторе, равном 0,60 содержания глинозема, коэффициент трения понижается до величины 0,29, что не соответствует требованиям, предъявляемым к материалу тормозных колодок. Повышение количества стимулятора износостойкости в шихте возможно только до величины 0,16 кг/кг шихты. Уже при содержании стимулятора в шихте, равном 0,18 кг/кг шихты, коэффициент трения материала снижается на 17%
Тем самым использование изобретения позволяет повысить износостойкость полимерного материала и, как следствие, продолжительность эксплуатации автомобиля в 1,2-1,9 раза.

Использование: изготовление фрикционных материалов для тормозных колодок автомобильного и другого транспорта. Сущность изобретения: полимерная композиция фрикционного назначения содержит, мас.%: фенолформальдегидную смолу 12-14; бутадиеннитрильный каучук 2-4; модификатор износостойкости - смесь оксида алюминия с углеродным порошком со степенью графитации 38-65% при их массовом соотношении 1:(0,09-0,56) 10-16; зернистые и волокнистые наполнители - остальное до 100. Новый материал характеризуется повышенной износостойкостью и, как следствие, продолжительность эксплуатации автомобиля повышается в 1,2-1,9 раза.

ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ФРИКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ, включающая фенолформальдегидную смолу, бутадиеннитрильный каучук, зернистые и волокнистые наполнители и модификатор износостойкости смесь оксида алюминия с углеродным порошком, отличающаяся тем, что композиция в качестве модификатора износостойкости содержит смесь оксида алюминия с углеродным порошком со степенью графитации 38 65% при их массовом соотношении 1 (0,09 0,56) соответственно при следующем соотношении ингредиентов композиции, мас.

Фенолформальдегидная смола 12 14
Бутадиеннитрильный каучук 2 4
Модификатор износостойкости смесь оксида алюминия с углеродным порошком со степенью графитации 38 65% при их массовом соотношении 1 (0,09 0,56) соответственно 10 16
Зернистые и волокнистые наполнители Остальное до 100