АНТИФРИКЦИОННЫЙ УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1999 года по МПК F16N15/02 F16J15/30 F16C33/16 

Предлагаемое изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к узлам и деталям машин, работающих в условиях трения при граничной или жидкостной смазке и предназначено для торцевых уплотнительных колец и подшипников скольжения.

Известен уплотнительный материал, содержащий формальдегидные смолы, графитопласт, металлический порошок и тальк (см. патент US N 3843527 A, 22.10.74, C 10 M 7/04).

Этот материал работоспособен в узлах трения при сравнительно невысоких температурах. При повышении температуры работоспособность материала резко снижается из-за оплавления свинца в зонах повышенных температур, его переноса на поверхность контртела и, как результат такого переноса (схватывания), резкое повышение коэффициента трения, лавинообразный износ, полная потеря работоспособности узла трения. Кроме того, потере работоспособности способствует размягчение связующего (смолы), в связи с повышением температуры узла трения, при одновременном схватывании связующего с материалом контртела. Повышенная зольность (более 0,5%) графита, содержащегося в материале также снижает его антифрикционные свойства.

Трибологические свойства вышеприведенной композиции были улучшены введением в ее состав антифрикционного алюминиевого сплава и изменением структурного количества компонентов. Но в условиях граничной смазки в режиме "пуск-стоп" вероятность схватывания возрастает из-за появления в зоне трения ювенильных поверхностей алюминиевых частиц (см. патент RU N 2002764, кл. C 08 J 5/16, 15.11.93 г.).

Известен ряд уплотнительных материалов, производство и эксплуатация деталей из которых ограничено или совершенно невозможна из-за наличия дорогостоящих, дефицитных и токсичных составляющих таких, например, как силицированный графит или содержащих в частицах износа соединения фенольного типа повышенной степени опасности (см. авторское свидетельство N 1776665, кл. C 08 K 13/04, 1991 г.).

Таким образом, вышеперечисленные материалы не обеспечивают надежных, устойчивых антифрикционных свойств, особенно при резком изменении скорости в режиме "пуск-стоп", или дефицитны, дороги и токсичны.

Наиболее близким техническим решением является материал НАМИ-ГС-ТАФ-40, широко используемый в машиностроении (см. патент US, 3843527 A, 22.10.74).

Задачей настоящего изобретения является создание антифрикционного уплотнительного материала, обладающего требуемыми трибологическими свойствами, не содержащего дорогих, дефицитных, токсичных компонентов, не загрязняющих окружающую среду и не опасных для здоровья населения. Материал так же должен обеспечивать безотходное массовое производство заготовок и деталей.

Решение этих проблем достигается выбором соотношения таких компонентов, как графит, фенолформальдегидная смола, фторопласт, тальк и уротропин, являющихся ингредиентами, придающими материалу стабильные износостойкость, малый коэффициент трения, отсутствие задиров и схватывания с материалом контртела в условиях граничной смазки или в отсутствии оной как в производстве, так и в режиме работы "пуск-стоп". Вышеперечисленные материалы недороги, недефицитны и нетоксичны не только в производстве, но и в эксплуатации.

Основой предлагаемого антифрикционного уплотнительного материала является графит с малой зольностью, входящей в состав графитопласта, содержащего формальдегидную смолу с добавкой талька при соотношении компонентов, мас.%: тальк 0,5-8,0, графитопласт - остальное.

Для обеспечения стабильных износостойких свойств, предупреждения схватывания антифрикционный уплотнительный материал на основе графита содержит формальдегидную смолу и тальк молотый, при этом в качестве формальдегидной смолы он содержит фенолформальдегидную смолу и дополнительно фторопласт и уротропин среднекристаллический при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Графит с зольностью не более 0,5% - 50,0-80,0
Фторопласт - 1,0-9,0
Уротропин среднекристаллический - 0,5-4,5
Тальк молотый - 0,5-8,0
Смола фенолформальдегидная - Остальное
Кроме того, материал дополнительно содержит порошок меди, бронзы или латуни с развитой поверхностью частиц в количестве, мас.% - 0,1-10,0.

Для получения антифрикционного уплотнительного материала изготавливают графитопласт путем ударно-диффузионного перемешивания, например, в вибромельнице, порошков компонентов.

Графитопласт тщательно перемешивают с фторопластом и уротропином для получения мелкодисперсной, с равномерным распределением составляющих, смеси.

В качестве компонентов используют графит карандашный, мелко-чешуйчатый ГОСТ 4404-80 или электроугольный ГОСТ 10274-82.

Фенолформальдегидная смола СФ-342 ГОСТ 18694-88.

Фторопласт некомкующийся, термообработанный типа 4ДПТ.

Уротропин среднекристаллический, марки С, ГОСТ 1381-78-Е.

Тальк молотый ТМК-28, ГОСТ 21234-85.

Полученную смесь прессуют в брикеты при температуре окружающей среды и давлении 60-70 МПа. Брикеты загружают в пресс-форму и прессуют при температуре 160-190^oC, под давлением 70-90 МПа с выдержкой из расчета 0,5 минуты на 1 мм высоты заготовки. Время выдержки может уточняться в зависимости от конструкции пресс-инструмента и способа его обогрева.

Сравнительные испытания проводились на машине трения СМТ-1 (г.Иванове) при следующих условиях:
материал контртела - сталь, чугун с твердостью не менее HR сэ 50;
контртело шлифованный, подвижный, вращающийся ролик диаметром - 10 мм;
смазка граничная - вода, антифриз, подаваемые в зону трения капельницей с периодичностью 1 капля за 3 секунды;
скорость скольжения - 4 м/сек;
давление на образец - переменное, с увеличением на 1 кгс/см² через 30 сек;
критерий оценки температуры в зоне трения при увеличении коэффициента трения на 0,1, с последующим измерением износа взвешиванием испытуемых образцов;
материал образца - предлагаемый и НАМИ-ГС-ТАФ-40 (ТУ 37.311.035-88).

Образцы из сравниваемых материалов: кубики со стороной 10 мм, рабочая поверхность обработана по радиусу 20 мм; приработка образцов при давлении 1 кгс/см² до получения стабильного коэффициента трения.

Состав материалов испытываемых образцов приведен в табл. 1.

Испытаниям подвергались по 3 образца каждого состава.

В табл. 2 приведены усредненные результаты испытаний предлагаемого антифрикционного уплотнительного материала и широко применяемого НАМИ-НС-ТАФ-40.

Предлагаемый антифрикционный уплотнительный материал во всем диапазоне содержания компонентов не уступает или превосходит известный широкоиспользуемый в машиностроении уплотнительный материал НАМИ-ГС-ТАФ-40.

Предлагаемый материал не содержит дорогостоящих, дефицитных и токсичных, как, например, свинец компонентов, обеспечивая безопасное для здоровья населения производство и эксплуатацию деталей из него.

Для повышения прочностных характеристик без ухудшения трибологических свойств допустимо введение меди или порошка сплава на основе меди с развитой, дендритной поверхностью зерна.

Предлагаемый антифрикционный уплотнительный экологически чистый материал может быть успешно использован для изготовления колец скольжения торцевых уплотнений и подшипников скольжения, работающих в условиях жидкостного и граничного трения в режиме "пуск-стоп" и других экстремальных случаях, возникающих в процессе эксплуатации машин и механизмов.

Материал предназначен для использования в торцевых уплотнениях и подшипниках скольжения машин и механизмов, имеющих поверхность скольжения, и работающих в любых жидкостях в условиях жидкостного, граничного и сухого трения. Материал на основе графита содержит, мас.%: графит с зольностью не более 0,5% 50-80; фторопласт 1,0-9,0; уротропин среднекристаллический 0,5-4,5; тальк 0,5-8,0 и фенолформальдегидную смолу до 100. Это обеспечивает высокую износостойкость, сопротивление схватыванию, низкий коэффициент трения и температуру в зоне трения при работе деталей в условиях полной или ограниченной смазки. Такое соотношение и содержание компонентов не представляют экологической опасности. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Антифрикционный уплотнительный материал на основе графита, содержащий формальдегидную смолу и тальк молотый, отличающийся тем, что он содержит в качестве формальдегидной смолы фенолформальдегидную смолу и дополнительно фторопласт и уротропин среднекристаллический при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Графит с зольностью не более 0,5% - 50,0 - 80,0
Фторопласт - 1,0 - 9,0
Уротропин среднекристаллический - 0,5 - 4,5
Тальк молотый - 0,5 - 8,0
Смола формальдегидная - Остальное
2. Материал по п.1. отличающийся тем, что он дополнительно содержит порошок меди, бронзы или латуни с развитой поверхностью частиц в количестве, мас.% - 0,1 - 10,0%.