ФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1997 года по МПК C08J5/14 

Изобретение относится к составам фрикционных материалов на органической основе с фенолформадегидной смолой в качестве связующего для использования в качестве фрикционных накладок в тормозных узлах и устройствах (например, в тормозах автомобильного транспорта, муфтах и аналогичных узлах).

Обычно фрикционные материалы представляют собой композиции на базе полимерных связующих и асбеста в качестве основной добавки /Решетов Д.Н. Работоспособность и надежность деталей машин. М.Высшая школа, 1980. С. 84./. Однако асбест дорог, является стратегическим сырьем и обладает концерогенным действием, вследствие чего асбестосодержащие материалы запрещены к применению.

Известен фрикционный материал, не содержащей асбеста, включающий в состав в качестве связующего вещества фенолформальдегидные смолы, в качестве твердых смазок графит, а также волокна (полиамидные, углеродные) и дисперсные наполнители сульфат бария /Патент 61 53327 /Япония/. МКИ C 08 J 5/14, C 09 K 3/14; 59 174370. Фрикционный материал/. Недостатком этого материала является нестабильность коэффициентов трения и повышенный износ.

Известна также полимерная композиция /А.С. 992542 /СССР/. МКИ C 08 L 27/18, C 08 K 3/04. Опубл. 30.01.83 БИ N 4. Полимерная композиция/ на основе политетрафторэтилена и кокса, содержащая дополнительно графит и базальтовое волокно, мас.

Кокс 10 18
Расширенный графит 3 5
Базальтовое волокно 5 9
Политетрафторэтилен Остальное
Недостатком композиции является невысокий коэффициент трения 0, 16 0,20 и большая скорость износа 0,21 0,70 мм/час.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности признаков, т.е. прототипом, является фрикционный материал /Патент 1114340 A (SU), МКИ C 08 L 61/10, C 08 J 5/14. Фрикционный материал. Опубл. 15.09.84 БИ N 34 - прототип./, включающий фенольную смолу, волокнистый наполнитель асбест или стеклянные волокна, металлический наполнитель цинк, бронзу, медь или их окислы, органический модификатор каучук, латекс, асфальт, фрикционный модификатор частицы или порошок угля или графита, неорганический модификатор мел, тальк, барит при соотношении компонентов, мас.

Фенольная смола 8 14
Волокнистый наполнитель 25 34
Металлический наполнитель 4 22
Органический модификатор 1 7
Фрикционный модификатор 18 34
Неорганический модификатор до 100
Однако указанный прототип имеет низкое значение коэффициента трения и его стабильность при изменении режимов трения, а также большой износ.

Изобретательская задача состояла в разработке фрикционного материала, обладающего высоким коэффициентом трения и стабильностью его при изменении режимов трения, а также повышенной износостойкостью.

Поставленная задача решена путем создания фрикционного материала, включающего фенолформальдегидную смолу, металлический и волокнистый наполнители, неорганический и фрикционный модификаторы, который в качестве металлического наполнителя содержит обезвоженные отходы смазочно-охлаждающей жидкости для грубого волочения медной проволоки, в качестве волокнистого наполнителя измельченные отходы фибры, в качестве неорганического модификатора каолин и в качестве фрикционного модификатора вспученный графит при следующем соотношении компонентов, мас.

Измельченные отходы фибры 40 60
Отходы СОЖ 1 5
Каолин 3 5
Вспученный графит 0,01 1,0
Фенолформальдегидная смола до 100
В качестве связующего использовались серийно выпускаемые твердые и жидкие фенолформальдегидные смолы (СФ 342 А, СФ 010, СФЖ 303). Волокнистый наполнитель измельченные отходы фибры получен путем измельчения в две стадии обрезков фибры различной конфигурации ( 1 дробилка предварительного измельчения; 2 установка тонкого измельчения). В результате получена объемная волокнистая масса. Металлический наполнитель обезвоженные отходы СОЖ содержат 90 98% меди в виде чешуек и микростружки. На кабельных заводах при грубом волочения медной проволоки СОЖ попадают медные чешуйки и микростружки толщиной 20 200 мкм и длиной 0,25 5 мм, которые оседают на дно баков отстойников. Через 2 3 месяца СОЖ заменяют. Жидкую фазу сливают в накопительные пруды, а медные чешуйки и микростружку утилизируют во вторцветмен. Таким образом обезвоженные отходы СОЖ чешуйки и микростружки меди с содержанием остатков мыла и масла. Перед использованием их в качестве металлического наполнителя их необходимо отмыть любым растворителем бытовой химии (перхлорэтилен, трихлорэтилен и др.). При отсутствии отходов СОЖ их можно заменить любыми предварительно тонкоизмельченными отходами меди.

Фрикционный модификатор вспученный графит представляет собой предварительно химически окисленный и терморасширенный графит. После такой обработки графит обладает не антифрикционными, а ярко выраженными фрикционными свойствами.

Вспученный графит (окисленный и термообработанный) с малым насыпным весом 0,01 0,016 г/см) находит применение в качестве адсорбента в медицинской технике, противогазах, пищевой электротехнической и радиотехнической промышленности /А. С. N 1609744 /СССР/ Электролит для получения вспученного графита. Опубл. 1980 г. БИ N 44./. Веедение в смесь вспученноо графита (при услови его равномерного распределения по объему смеси)позволяет регулировать значение коэффициента трения и обеспечиваеия стабильность этого показателя.

Таким образом, использование именно заявленной совокупности существенных признаков и позволяет получить достигаемый технический результат, а именно снизить износ фрикционного материала, повысить и стабилизировать в различных режимах трения коэффициенты трения.

Пример 1. К 40 г (40 мас.) измельченных отходов фибры (ГОСТ 14613-83) добавляют 1 г (1 мас.) отходов СОЖ для грубого волочения медной проволоки (ТУ 16.К71-003-87), 3 г (3 мас.) каолина (ГОСТ 19608-84), 0,01 г (0,01 мас.) вспученного графита (ТУ 21-25-85) и 55,99 г (55,99 мас.) жидкой фенолформальдегидной смолы (ГОСТ 20907-75).

Полученная масса перемешивалась в смесителе с внецентренной осью, после чего пропускалась через вальцы для улучшения равномерности распределения ингридиентов смеси. Чешуйки, полученные после прохождения смеси через вальцы, измельчались до размера 2 3 мм и помещались в обогреваемую пресс-форму, в которой при температуре 170 180^oC под давлением 20 30 МПа и выдержке, равной 1 мин на 1 мм толщины изделия, получали пластинки фрикционного материала.

Пример 2. К 50 г (50 мас.) измельченных отходов фибры добавляют 3 г (3 мас.) отходов СОЖ, 4 г (4 мас.) каолина, 0,5 г (0,5 мас.) вспученного графита и 42,5 г (42,5 мас.) резольной фенолформальдегидной смолы (ГОСТ 18694-80).

Получение фрикционного материала из указанной смеси осуществляют способом, описанным в примере 1.

Пример 3. К 60 г (60 мас.) измельченных отходов фибры добавляют 5 г (5 мас.) отходов СОЖ, 5 г (5 мас.) каолина, 1 г (1 мас.) вспученного графита и 29 г (29 мас.) новолачной фенолформальдегидной смолы (ГОСТ 18694-80).

Получение фрикционного материала из этой смеси осуществляют способом, приведенным в примере 1. При этом следует отметить, что смесь с новолачной фенолформальдегидной смолой дополнительно водился уротропин в качестве отвердителя смолы ( до 0, 5 мас.), оксид магния ускорения отвердения смолы (до 1 мас. ). В смесь с резольной фенолформальдегидной смолой уротропин не добавлялся, все остальные компоненты вводились в том же количестве. Уротропин, оксид магния и стеориновая кислота не входят в состав материала (сверх 100 мас.).

Полученные из фрикционного материала пластинки были испытаны с целью оценки интенсивности изнашивания и коэффициентов трения на серийной машине трения 2070 СМТ-1 по общепринятой методике /Ясь Д.С. Подмоков В.Б. Дяденко Н. С. Испытания на трение и износ. Методы и оборудование. Харьков: техника, 1971. с. 140/. Условия испытания: пара трения диск-колодка, материал диска чугун СЧ 18-36. Колодка предлагаемый фрикционный материал, скорость скольжения 3 м/с, удельная нагрузка повышалась ступенчато до резкого повышения момента трения.

Результаты испытаний приведены в таблице 1 и 2.

Из таблиц 1 и 2 видно, что при использовании совокупности заявляемых существенных признаков достигается следующий технический результат: стабилизируется и повышается (в 1,2 1,3 раза) коэффициент трения, уменьшается интенсивность изнашивается (в 166 1,8 раза) во всем диапазоне составов фрикционного материала.

Эти преимущества в сочетании с более высокими характеристиками (ударная вязкость 4,5 7,5 кДЖ/м², против 2,2 кДЖ/м² у прототипа, прочность при изгибе 80 -90 МПа против 28 МПа и влагомаслопоглощения 0,1 - 0,15% против 0,3% у прототипа) что позволяет материалу работать в узле трения значительно дольше, уменьшить число разработок и сборок фрикционного узла, повысить его надежность.

Кроме того, использование в составе фрикционного материала отходов фибры и отработанной СОЖ позволят улучшить экологию этих производств, удешевить утилизацию этих отходов и резко снизить стоимость разработанного фрикционного материала при сохранении его высоких эксплутационных свойств.

Использование: для изготовления фрикционных накладок в тормозных узлах и устройствах. Сущность изобретения: фрикционный материал содержит, мас.%: измельченные отходы фибры 40 - 60, обезвоженные отходы смазочно-охлаждающей жидкости для грубого волочения медной проволоки, содержащие не менее 90 - 98% меди 1-5, каолин 3 - 5, вспученный графит 0,01 - 1,0, фенолфоральдегидная смола до 100. 2 табл.

Фрикционный материал, включающий фенолформальдегидную смолу, металлический и волокнистый наполнители, неорганический и фрикционный модификаторы, отличающийся тем, что в качестве волокнистого наполнителя он содержит измельченные отходы фибры, в качестве металлического наполнителя - обезвоженные отходы смазочно-охлаждающей жидкости (CОЖ) для грубого волочения медной проволоки, содержащие не менее 90 98% меди, в качестве неорганического модификатора каолин и в качестве фрикционного модификатора - вспученный графит с насыпной массой 0,01 0,016 г/см³ при следующем соотношении компонентов, мас.

Измельченные отходы фибры 40 60
Обезвоженные отходы СОЖ 1 5
Каолин 3 6
Вспученный графит 0,01 1,0
Фенолформальдегидная смола До 100к