СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АСБОПОЛИМЕРНОЙ СМЕСИ Российский патент 1997 года по МПК C08J5/14 

Изобретение относится к асботехнической промышленности, в частности к способам изготовления фрикционных изделий, и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок и накладок для железнодорожного и автомобильного транспорта, тракторов, грузоподъемных и других механизмов.

Известен способ изготовления фрикционных механизмов для железнодорожного и автомобильного транспорта по патенту [1]
В известном способе асбополимерную смесь, содержащую в качестве основных компонентов асбестовое волокно, полимерное связующее фенолформальдегидную смолу, наполнители, ускорители и другие компоненты, прессуют при комнатной температуре и термообрабатывают в печи без давления при повышающейся температуре от 150^oC до 230^oC в течение 10 часов с последующей выдержкой при конечной температуре в течение 6 часов.

Недостатками известного способа являются следующие.

Ограниченность его применения, т.е. невозможность изготовления широкого ассортимента фрикционных изделий с различными требуемыми физико-механическими показателями, большие энергозатраты.

Ограниченность применения известного способа обусловлена тем, что асбополимерную смесь прессуют в холодной (при комнатной температуре) пресс-форме, в результате чего полимерное связующее не размягчается и плохо обволакивает асбестовое волокно, асбополимерная смесь после прессования имеет низкую твердость, а после термообработки готовое фрикционное изделие имеет твердость, не превышающую НВ 25 по Бринеллю. Так, например, тормозные колодки к легковым автомобилям "Москвич", "Запорожец" должны иметь НВ 30-44, а к трактору ДТ-75 НВ 35-50.

Таким образом, известный способ не может быть использован для изготовления тормозных колодок к указанным транспортным средствам, а следовательно, имеет ограниченность применения.

Большие энергозатраты известного способа обусловлены длительностью цикла термообработки, который составляет 16 часов.

Известен также способ изготовления фрикционных изделий тормозных колодок к легковому автомобилю "Жигули" [2]
В известном способе асбополимерную смесь массой 100 г, содержащую асбестовое волокно, полимерное связующее каучук или фенолформальдегидную смолу, наполнители и другие целевые компоненты, прессуют в нагретой до 55^oC пресс-форме под давлением 90 МПа в течение 1-1,5 минут (60-90 секунд) и термообрабатывают в печи при повышающейся температуре от 80^oC до 200^oC в течение 20 часов.

Недостатками известного способа являются следующие.

Ограниченность его применения, т.е. невозможность изготовления широкого ассортимента фрикционных изделий с различными требуемыми физико-механическими показателями; большие энергозатраты.

Ограниченность применения известного способа обусловлена тем, что нагрев асбополимерной смеси до 55^oC не обеспечивает размягчения полимерного связующего, так, например, для каучукового связующего температура размягчения составляет 80-100^oC, а для смоляного (60-120^oC) в зависимости от марки, в результате чего асбестовое волокно плохо обволакивается полимерным связующим, а после термообработки готовое фрикционное изделие имеет твердость, не превышающую НВ 35 по Бринеллю. Таким образом, известным способом нельзя изготовить тормозные колодки к трактору ДТ-75 с НВ 35-50, а также тормозные колодки к грузовым автомобилям и железнодорожному транспорту, масса которых составляет 700-3000 г, так как отсутствует критерий правильности выбора режимов прессования (время, давление) и термообработки (температура, время).

Большие энергозатраты известного способа обусловлены длительностью цикла термообработки, который составляет 20 часов.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение ассортимента изготовляемых фрикционных изделий с различными требуемыми физико-механическими показателями и снижение энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления фрикционных изделий из асбополимерной смеси, содержащей волокнистый асбест, полимерное связующее, наполнители и другие целевые компоненты, включающем прессование асбополимерной смеси в нагретой прессформе и термообработку в печи при повышающейся температуре, прессование асбополимерной смеси осуществляют в нагретой до температуры размягчения полимерного связующего пресс-форме до достижения твердости, составляющей 30-35% от требуемой твердости готового фрикционного изделия, а термообработку в печи ведут в диапазоне температур от температуры размягчения до температуры отвердения полимерного связующего в течение 3-8 часов до получения фрикционных изделий с требуемыми физико-механическими показателями.

Кроме того, пресс-форму нагревают до температуры 60-120^oC, время прессования устанавливают 10 секунд на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси и изменяют пропорционально массе, а давление прессования устанавливают 60 МПа при требуемой твердости готового изделия НВ 15 и изменяют пропорционально требуемой твердости готового изделия НВ 15 и изменяют пропорционально требуемой твердости.

Следующее отличие состоит в том, что термообработку в печи ведут от температуры 60-120^oC до 170^oC или 220^oC в зависимости от смоляного или каучукового связующего, соответственно. В случае использования комбинированного полимерного связующего, включающего фенолформальдегидную смолу и каучук, прессование асбополимерной смеси и термообработку в печи ведут при температурах, соответствующих наибольшим температурам размягчения связующих.

Нагрев пресс-формы до температуры размягчения полимерного связующего обеспечивает обволакивание асбестового волокна, асбополимерная смесь хорошо заполняет пресс-форму и повторяет ее конфигурацию, соответствующую изготовляемому изделию. Нагрев пресс-формы ниже температуры размягчения полимерного связующего не обеспечивает необходимой текучести асбополимерной смеси. Спрессованная смесь имеет низкую твердость, а термообработкой в печи не достигается требуемая твердость готовых фрикционных изделий, что сужает ассортимент изготовляемых изделий. Нагрев пресс-формы выше температуры размягчения полимерного связующего увеличивает твердость после прессования, однако приводит к частичному отвердению полимерного связующего, в результате чего образуется поверхностная твердая корка, препятствующая выходу из асбополимерной смеси газов, что приводит к вздутию изделий, а следовательно, к браку изготовляемых изделий. Прессование асбополимерной смеси до твердости 30-35% требуемой твердости готового изделия обеспечивает после термообработки требуемую твердость и физико-механические показатели готового изделия. Достижение указанной твердости после прессования является критерием оценки готового изделия на стадии прессования до термообработки. При отсутствии указанного критерия о качестве изделий судят только после термообработки, т. е. спустя несколько часов после прессования. Термообработку в печи начинают от температуры размягчения полимерного связующего. При температуре ниже температуры размягчения полимерного связующего увеличивается цикл термообработки и, следовательно, энергозатраты, т.к. необходимо время для нагрева печи до выравнивания температуры печи с температурой спрессованного изделия. Кроме того, изделие начинает остывать до равенства температур печи и изделия, а затем вновь нагревается до прежней температуры. При начальной температуре печи выше температуры размягчения полимерного связующего возможны вздутия изделий из-за резкого перепада температуры нагрева. Конечная температура нагрева печи должна соответствовать температуре отверждения полимерного связующего. При температуре печи ниже температуры отвердения полимерного связующего увеличивается цикл термообработки, что приводит к увеличению энергозатрат, а при конечной температуре печи выше температуры отвердения полимерного связующего на изделиях образуются трещины и вздутия, что приводит к браку готовых изделий. Время термообработки фрикционных изделий 3-8 часов обусловлено большим ассортиментом изготовляемых изделий в различными требуемыми физико-механическими показателями. Снижение времени термообработки в предложенном способе изготовления фрикционных изделий по сравнению с временем термообработки в известном способе обусловлено тем, что в предложенном способе изготовления фрикционных изделий после прессования асбополимерной смеси она имеет 30-35% требуемой твердости готового изделия, в то время как это же значение твердости изделие приобретает в печи при термообработке и для этого необходимо дополнительное время, т.е. удлиняется цикл термообработки. Нагрев пресс-формы до 60-120^oC обусловлен тем, что асбополимерные смеси, используемые для изготовления фрикционных изделий, содержат связующие, температуры размягчения которых находятся в указанном диапазоне. Так, например, температура размягчения фенолформальдегидной смолы марки СФ-342 составляет 60-70^oC, температура размягчения фенолформальдегидной смолы марки ЛАС-IН составляет 80-100^oC, других твердых смол до 120^oC. Температура размягчения каучуков составляет 80-100^oC и т.д.

Время и давление прессования асбополимерной смеси являются решающими факторами для достижения требуемых физико-механических показателей готовых фрикционных изделий. Критерием оценки правильности выбора указанных параметров является твердость после прессования асбополимерной смеси, которая, как уже указывалось, должна составлять 30-35% от требуемой твердости готового фрикционного изделия. На основании опытных данных установлены следующие режимы прессования: время прессования должно составлять 10 секунд на каждые 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси, а давление прессования должно составлять 60 МПа, если требуемая твердость готового фрикционного изделия составляет НВ 15 по Бринеллю. В случае изменения массы прессуемой асбополимерной смеси и требуемой твердости готовых фрикционных изделий, время и давление прессования соответственно изменяют прямо пропорционально. Так, например, при прессовании 500 г массы асбополимерной смеси и для достижения требуемой твердости НВ 30 готового изделия время прессования должно составлять 50 секунд, давление прессования 120 МПа. Для изготовления фрикционного изделия массой 3000 г требуемой твердости НВ 15 прессования должно составлять 300 секунд, а давление прессования 60 МПа. Если время прессования будет меньше 10 секунд на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси, твердость после прессования окажется менее 30-35% требуемой твердости готового изделия, и после термообработки готовое изделие будет иметь твердость менее требуемой величины. При увеличении времени прессования на изделиях образуется поверхностная корка, препятствующая выходу газов, что приводит к вздутию и браку изделий. При давлении прессования ниже 60 МПа, необходимых для получения требуемой твердости готового изделия с НВ 15 по Бринеллю, твердость после прессования также окажется менее 30-35% требуемой твердости готового изделия, и после термообработки в печи также не будет достигнута требуемая твердость готового изделия. При давлении прессования более 60 МПа твердость после прессования может превысить 30-35% требуемой твердости готового изделия, и после термообработки в печи твердость готового изделия также может превысить требуемую твердость, что снижает физико-механические показатели изделий.

Начальная температура термообработки в печи, соответствующая 60-120^oC, обусловлена тем, что температура размягчения полимерного связующего находится в указанном диапазоне. Так, например, при изготовлении фрикционных изделий на каучуковом связующем, имеющем температуру размягчения, например, 100^oC, начальную температуру печи устанавливают 100^oC. При меньшей начальной температуре печи увеличиваются энергозатраты, т.к. необходимо дополнительное время для нагрева печи до 100^oC. При начальной температуре печи выше 100^oC происходит интенсивный нагрев фрикционных изделий, что приводит к их трещинообразованию и вздутию, т.е. к браку готовых изделий. Конечная температура печи 170^oC или 220^oC обусловлена видом используемого в асбополимерной смеси полимерного связующего. Так, например, фенолформальдегидная смола отверждается при 170^oC, а каучук при 220^oC. Изменение конечной температуры в сторону уменьшения приводит к увеличению цикла термообработки фрикционных изделий, а следовательно к увеличению энергозатрат. Увеличение конечной температуры приводит к перегреву фрикционных изделий, образованию трещин и вздутий, т.е. к браку готовых изделий.

Предложенный способ реализуется следующим устройством.

Прессование асбополимерной смеси осуществляют на серийных гидравлических прессах типа КОЗ Рязанского завода тяжелого кузнечно-прессового оборудования или на коленорычажных прессах типа СМ-1085 Могилевского завода "Строммашина". Термообработку фрикционных изделий осуществляют в печах СКО Дагестанского завода электротермического оборудования.

Предложенный способ осуществляют следующим способом.

Пример 1.

На пресс устанавливают пресс-форму, соответствующую изготовляемому фрикционному изделию, например, для тормозных колодок железнодорожного транспорта. Масса асбополимерной смеси тормозной колодки составляет 3250 г. Требуемая твердость готового изделия составляет НВ 15-21 по Бринеллю. Асбополимерная смесь содержит 13-15% асбестового волокна, 19-20% полимерного связующего каучука с температурой размягчения 90-100^oC, остальное наполнители. Пресс-форму нагревают до температуры 90-100^oC. Начальную температуру печи устанавливают 90-100^oC, а конечную 220^oC. Время прессования устанавливают 325 секунд (из расчета 10 секунд на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси), а давление прессования устанавливают 60 МПа (из расчета 60 МПа для достижения требуемой твердости готового изделия НВ 15 по Бринеллю). В гнездо пресс-формы засыпают асбополимерную смесь массой 3250 г, включают в работу пресс. По истечении указанного времени замеряют твердость спрессованной асбополимерной смеси, которая составляет НВ 4,5 по Бринеллю, что соответствует 30% требуемой твердости готового изделия. Спрессованную асбополимерную смесь (брикет) помещают в печь для термообработки. По истечении 8 часов готовое изделие имеет твердость НВ 15, что соответствует требуемой твердости готового изделия. Если необходимо получить готовое изделие с НВ 20 по Бринеллю, то соответственно увеличивают давление прессования до 80 МПа, при этом твердость после прессования асбополимерной смеси должна составлять НВ 6-7 по Бринеллю, т.е. 30-35% от НВ 20, что является критерием прессования.

Пример 2.

На пресс устанавливают пресс-форму для изготовления тормозных колодок к трактору ДТ-75. Масса асбополимерной смеси составляет 100 г, требуемая твердость готового изделия по регламенту составляет НВ 35-50 по Бринеллю. Асбополимерная смесь содержит 16-18% асбестового волокна, 18% полимерного связующего фенолформальдегидной смолы с температурой размягчения 110-120^oC, остальное наполнители. Пресс-форму нагревают до 110-120^oC. Начальную температуру печи устанавливают 110-120^oC, а конечную 170^oC. Время прессования устанавливают 10 секунд (из расчета 10 секунд на 100 г прессуемой асбополимерной смеси), а давление прессования устанавливают 140 МПа (из расчета 60 МПа для достижения требуемой твердости готового изделия НВ 15 по Бринеллю). В гнездо пресс-формы засыпают асбополимерную смесь, включают пресс. По истечении указанного времени замеряют твердость спрессованной асбополимерной смеси, которая составляет НВ 13 по Бринеллю, что укладывается в диапазон 30-35% требуемой твердости готового изделия, после чего проводят термообработку в печи. После 4 часов готовое изделие имеет твердость, равную НВ 38 по Бринеллю.

Аналогичным способом изготовляют тормозные колодки и накладки к автомобилям КрАЗ, ЗИЛ, "Запорожец", "Москвич" и другим механизмам.

Режимы прессования и термообработки приведены в табл. 1 и 2.

Использование предлагаемого способа изготовления фрикционных изделий из асбополимерной смеси обеспечивает по сравнению с известным способом следующие преимущества:
1. Возможность изготовления широкого ассортимента фрикционных изделий с различными требуемыми физико-механическими показателями без снижения качества фрикционных изделий.

2. Снижение энергозатрат при изготовлении фрикционных изделий за счет сокращения цикла термообработки.

Использование: изготовление тормозных колодок и накладок для железнодорожного и автомобильного транспорта, тракторов, грузоподъемных и других механизмов. Сущность изобретения: способ изготовления функциональных изделий из асбополимерной смеси, содержащей волокнистый асбест, полимерное связующее, наполнители и целевые компоненты, включает прессование асбополимерной смеси в нагретой до температуры размягчения полимерного связующего прессформе до достижения твердости, составляющей 30-35% от требуемой твердости готового функционального изделия. Преследующую термообработку в печи ведут при повышающейся температуре - от температуры размягчения до температуры отвержения полимерного связующего в течение 3-8 часов до получения фрикционных изделий с требуемыми физико-механическими показателями. Пресс-форму нагревают до температуры 60^oC-120^oC в зависимости от температуры размягчения полимерного связующего. Время прессования составляет 10 секунд на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси. Давление прессования устанавливают 60 МПа при требуемой твердости НВ 15 по Бринеллю. Термообработку в печи ведут от температуры 60^oC-120^oC до 170^oC или 220^oC в зависимости от вида полимерного связующего смоляного или каучукового, соответственно. При использовании комбинированного полимерного связующего, включающего каучук и фенолформальдегидную смолу, температурные режимы устанавливают по наибольшим температурам полимерных связующих. Новый способ позволяет расширить ассортимент изготовляемых фрикционных изделий и снизить энергозатраты. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ изготовления фрикционных изделий из асбополимерной смеси, содержащей волокнистый асбест, полимерное связующее, наполнители и целевые компоненты, включающий прессование асбополимерной смеси в нагретой пресс-форме и термообработку в печи при повышающейся температуре, отличающийся тем, что, с целью расширения ассортимента изготовляемых фрикционных изделий и снижения энергозатрат, прессование асбополимерной смеси осуществляют в нагретой до температуры размягчения полимерного связующего пресс-форме до достижения твердости, составляющей 30 35% от требуемой твердости готового фрикционного изделия, а термообработку в печи ведут в диапазоне температур от температуры размягчения до температуры отверждения полимерного связующего в течение 3 8 ч до получения фрикционных изделий с требуемыми физико-механическими показателями. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пресс-форму нагревают до температуры 60 120^oС в зависимости от температуры размягчения полимерного связующего, используемого в смеси, причем время прессования составляет 10 с на 100 г массы прессуемой асбополимерной смеси, а давление прессования устанавливают 60 ПМа при требуемой твердости НВ 15 по Бринеллю. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку в печи ведут от температуры 60 120 до 170^oС или 220^oС в зависимости от вида полимерного связующего смоляного или каучукового соответственно, причем при использовании комбинированного полимерного связующего, включающего каучук и фенолформальдегидную смолу, температурные режимы устанавливают по наибольшим температурам полимерных связующих.