АНТИФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ Российский патент 1996 года по МПК C08J5/16 B32B7/02 B32B27/28 F16C33/20 F16J9/28 

Изобретение относится к производству полимерных деталей с высокими антифрикционными свойствами и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении изделий типа ленточных уплотнительных колец, подшипников и направляющих, работающих на трение в парах с металлическим контртелом.

Известны изделия [1] из антифрикционного полимера, например ненаполненного фторопласта-4, которые используются для производства деталей типа ленточных уплотнительных колец, подшипников и направляющих, работающих на трение в парах с металлическими контртелом. Однако низкие характеристики износоустойчивости, жесткости (твердости) и теплопроводности ненаполненных полимеров не обеспечивают этому изделию надлежащего качества. Как правило, изделия используют в парах трения при невысоких скоростях скольжения, удельных нагрузках, температурах и ресурсах.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изделие из антифрикционного полимера, принятое за прототип [2] например фторопласта-4 с тонкодисперсным минеральным или органическим наполнителем, обеспечивающим высокие износоустойчивость, жесткость (твердость) и теплопроводность. Изделие работоспособно при более высоких (до 5,00 м/с) скоростях скольжения, температурах (до 250^oС), удельных нагрузках и ресурсах.

К недостаткам прототипа [2] следует отнести низкий уровень качества изделия, что не позволяет достичь оптимальных режимов эксплуатации. Повышенная износоустойчивость такого изделия существенно растягивает время приработки его с металлическим контртелом, а наличие в антифрикционном полимере наполнителей более чем в 2 раза увеличивает коэффициент трения в контактируемом парах, что в конечном итоге снижает экономичность агрегатов (машин).

Целью изобретения является повышение уровня качества изделия из антифрикционного полимера с тонкодисперсным минеральным или органическим наполнителем за счет ускоренного формирования на металлическом контртеле тонкой приработочной антифрикционной пленки.

Цель достигается тем, что изделие из антифрикционного полимера с тонкодисперсным минеральным или органическим наполнителем в отличие от прототипа выполнено в виде слоистой композиции, причем наружные слои, расположенные с одной или с обеих сторон, выполнены в виде покрытия из ненаполненного антифрикционного полимера. Кроме того, толщина наружных слоев из ненаполненного антифрикционного полимера в 5-10 раз меньше толщины основы изделия.

Совокупность перечисленных признаков предлагаемого изделия позволяет повысить уровень качества за счет формирования на поверхности металлического контртела тонкой приработочной полимерной антифрикционной пленки, не содержащей частицы наполнителя.

Введение наружных слоев из ненаполненного антифрикционного полимера обеспечивает интенсивную приработку изделия, работающего в паре с металлическим контртелом.

Введение слоев из ненаполненного полимера с толщиной в 5-10 раз меньшей толщины основы изделия обеспечивает образование на поверхности металлического контртела приработочного полимерного слоя (пленки) высокого качества.

Введение слоистой композиции, состоящей из слоев ненаполненного антифрикционного полимера и основы с наполнителем, обеспечивает надежное сцепление элементов композиции и, соответственно, более высокое качество изделия.

Сопоставительный анализ с прототипом [2] показал, что заявляемое изделие существенно отличается от известного изделия введением слоистой композиции с внешними слоями из ненаполненного полимера.

Таким образом, заявляемое изделие соответствует критерию изобретения "Новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известны изделия с покрытием. Например, гибкое ограждение судов на воздушной подушке [3] состоящее из материала в виде сложной композиции, включающей армирующую ткань, к которой с обеих сторон прикрепляются эластомерное покрытие.

Эластомерное покрытие соединяется с армирующей тканью с помощью адгезива. Причем характеристики адгезива не должны уменьшать упругость материала и должны быть сравнимы с характеристиками ткани и эластомера. В качестве адгезивов используют различные клеящие составы. Эластомерное покрытие защищает армирующую ткань от воздействия внешней среды, а армирующая ткань определяет прочность изделия. То есть в известном устройстве разделение функций внутреннего и наружных слоев осуществляется по силовому признаку.

В предлагаемом изделии разделение функций слоев осуществляется для формирования приработочного полимерного слоя (пленки) высокого качества. Причем приработочный слой высокого качества формируется при толщине наружных слоев в 5-10 раз меньшей толщины изделия.

Исследования, выполненные авторами, показали, что при соотношении толщины основы и наружных слоев, равном 5-10, в процессе приработки изделия на поверхности металлического контртела образуется тонкая пленка, обладающая повышенной антифрикционностью.

Если отношение толщины основы к толщине наружных слоев больше 10, то полимерная пленка на поверхности металлического контртела из-за быстрого износа не успевает сформироваться. В случае, если отношение толщин, составляющих пакет изделия, меньше 5, приработка наружных слоев занимает значительный процент времени, лишая предлагаемое изделие эффекта.

Таким образом, заявляемое изделие соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

На фиг. 1 и 2 изображено предлагаемое изделие из антифрикционного полимера с наполнителем. На фиг. 1 дано поперечное сечение изделия с двухсторонним покрытием слоями из ненаполненного полимера, а на фиг. 2 - поперечное сечение изделия с односторонним покрытием.

Изделие, представленное на фиг. 1 и 2, выполнено в виде слоистой композиции и содержит износостойкую полимерную основу 1 и наружные слои 2 из ненаполненного антифрикционного полимера. Материал основы изделия 1 антифрикционный полимер, например фторопласт-4, наполненный тонкодисперсным минеральным или органическим наполнителем, который обладает высокой износоустойчивостью при трении с металлическим контртелом. В качестве наполнителей используются такие материалы, как графит, кокс, стекловолокно, дисульфит молибдена, полиимид и т.д. Поскольку материалом основы 1 и наружных слоев 2 является один полимер, например, фторопласт-4, то слоистая композиция обладает высокой адгезионной связью между компонентами изделия.

Изделие из антифрикционного полимера работает следующим образом.

Изделие, выполненное, например, в виде ленточного уплотнения, подшипника или направляющей, устанавливается в пару трения, обеспечивая контакт с металлическим контртелом через наружные слои 2. В процессе эксплуатации происходит интенсивное истирание (износ) слоев 2 с образованием на поверхности металлического контртела тонкой полимерной антифрикционной пленки без частиц наполнителя. При этом процесс приработки проходит ускоренно и с минимальными коэффициентами трения, что способствует повышению экономичности агрегата в целом.

Приработка прекращается с полным износом покрытия 2 из ненаполненного полимера и с формированием на поверхности металлического контртела тонкой полимерной пленки.

Тонкая полимерная пленка, образованная на поверхности металлического контртела после приработки, не содержит частиц наполнителя, что обеспечивает дальнейшую эксплуатацию пары при минимальных значениях коэффициента трения и износа основы изделия 1, способствуя повышению экономичности агрегата (машины) в целом из-за снижения потребляемой мощности.

Пример.

Изготовление трехслойных фторопластовых лент толщиной 0,88±0,03 мм, шириной 14 мм с толщиной внешних слоев 0,040 мм, а внутренних 0,8 мм.

Способ реализуется в следующей последовательности.

Операция 1 (приготовление пасты).

Для формирования внутреннего слоя таблетки-заготовки используют пасту (с инертным наполнителем-сажей) следующего состава (состав "а": порошок фторопласта 4Л марки Ш ГОСТ 14906-77 (100 мас.ч.), сажа по ТУ 14-7-24-73 (2 мас. ч. ) и органическая смазка изооктан по ГОСТ 5394-70 (18 мас.ч.). Для формирования внешних слоев таблетки-заготовки используют пасту (с наполнителем) следующего состава: порошок фторопласта 4Л марки Ш ГОСТ 14906-77 (100 мас.ч. ), дисульфид молибдена ДМ-2ТУ 48-19-133-85 (5 мас.ч.) кокс ГОСТ 5394-70 (18 мас.ч.) (состав "б").

Операция 2 (таблетирование).

Оборудование таблетированный пресс С-1387. В цилиндр пресса (диаметр 112 мм) помещают предварительно уплотненный слой, изготовленный из пасты состава "а" методом компрессионного прессования в таблетировочном прессе под давлением 4 кгс/см². Размеры слоя dxDxL 50 x 92 x 300 мм. Внутреннюю и внешнюю кольцевые полости заполняют пастой состава "в", после чего производят изостатическое уплотнение внутреннего и внешнего слоя пасты путем сжатия слоя "а" плунжером. Давление прессования 20 кгс/см².

Операция 3 (экструдирование).

Оборудование экструзионный пресс УЭСС-1. Полученную после операции 2 таблетку-заготовку помещают в экструзионный пресс и подвергают экструзии под давлением 150 кгс/см².

Операция 4 (термообработка).

Полученный после операции экструдат подвергают сушке при 40-100^oC, спеканию при 380-400^oC, последующей закалке с нагревом до 345-375^oС и охлаждению в водяной ванне.

Операция 5 (резка).

Оборудование ножи. Полученную после операции 4 трубку разрезают вдоль образующей.

Операция 6 (разворачивание).

Полученную после операции 5 разрезанную трубку разворачивают на плоскость.

Операция 7 (раскатка).

Оборудование роликовая дорожка с регулируемым по высоте прижимным роликом. Предельное положение зазора устанавливают по нижнему пределу поля допуска на толщину ленты.

Операция 8 (термофиксация).

Оборудование печь. Полученную после операции 6 и 7 ленту наматывают на калибровочный барабан диаметром 120 мм, фиксируют свободные концы ленты и подвергают нагреву при 200-250^oС и охлаждению в водяной ванне.

Заявляемое устройство позволяет по сравнению с прототипом [2] повысить уровень качества изделия за счет снижения коэффициента трения в парах с металлическим контртелом ввиду формирования полимерной пленки на поверхности металлического контртела, что является неочевидным в изделии, принятом за прототип [2]

Использование: в различных отраслях машиностроения при изготовлении изделий типа ленточных уплотнительных колец, подшипников и направляющих, работающих на трение в парах с металлическим контртелом. Сущность: изделие содержит износоустойчивую полимерную основу, наружная поверхность которой с одной и с обеих сторон покрыта слоем из ненаполненного антифрикционного полимера. В процессе эксплуатации на этапе приработки происходит интенсивное истирание (износ) ненаполненного слоя 2 с образованием на поверхности металлического контртела тонкой полимерной антифрикционной пленки без частиц наполнителя. При этом процесс приработки происходит ускоренно и с минимальным коэффициентом трения, что способствует повышению экономичности агрегата в целом. Приработка прекращается с полным износом покрытия 2 из ненаполненного антифрикционного полимера и сформированием на поверхности металлического контртела тонкой полимерной пленки. 2 ил.

Антифрикционное изделие на основе фторопласта с тонкодисперсным износостойким наполнителем, отличающееся тем, что изделие выполнено в виде слоистой конструкции с облицовкой основы с одной или с двух сторон наружным слоем из ненаполненного фторопласта при соотношении основы изделия и наружных слоев 5 10 1.