АНТИФРИКЦИОННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C08J5/16 C09K3/10 

Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к антифрикционным полимерным материалам герметизирующего назначения, которые могут быть использованы для изготовления уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения и узлов трения.

Известны композиционные материалы для изготовления подшипников скольжения, торцовых уплотнений и других элементов узлов трения на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и неорганических наполнителей различной химической природы [Истомин Н. П. , Семенов А. П. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе фторопластов. - М. : Наука, 1987. - 147 с. ] . Материалы известны как самосмазывающиеся антифрикционные с малым коэффициентом трения, но имеют низкие деформационно-прочностные характеристики, обладают повышенной жесткостью, что снижает ресурс их работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу является малонаполненный композит на основе ПТФЭ (90-99,5 мас. %) и ультрадисперсного β-сиалона (оксинитрид алюминия-кремния (0,5-10,0 мас. %) (прототип) [ТУ 301-05-120-91 "Композиции фторопластовые малонаполненные антифрикционного назначения"] .

Обладая высокой износостойкостью и сравнительно высокими физико-механическими характеристиками, материал характеризуется недостаточной несущей способностью, вследствие чего может эксплуатироваться только при невысоких нагрузках.

Технической задачей изобретения является повышение износостойкости, деформационно-прочностных характеристик и несущей способности композиционного материала на основе ПТФЭ.

Достижение положительного эффекта обеспечивается введением в ПТФЭ механоактивированного синтетического оксида алюминия марки 124127 при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид алюминия (Аl₂О₃) 124127 1,0-2,0; ПТФЭ остальное.

ПТФЭ (фторопласт-4) - промышленный продукт (ГОСТ 10007-80), представляющий собой белый, рыхлый порошок со степенью кристалличности до спекания 95-98%, после спекания 50-70% и плотностью 2,17-2,19 г/см³, Т_пл 327^oС.

Синтетический оксид алюминия марки 124127 - продукт, полученный путем механохимического синтеза в Институте геологии, геофизики, минералогии СО РАН (г. Новосибирск), представляет собой порошок белого цвета. Физические параметры Аl₂О₃ 124127: размер частиц 1-4 мкм; удельная поверхность 1,0 м²/г; плотность 4,03 г/см³.

Для получения композиции в ПТФЭ вводили оксид алюминия, подвергнутый механоактивации в течение 2 мин в планетарной мельнице АГО-2 [Аввакумов Е. Г. Мягкий механохимический синтез // Химия устойчивого развития. - 1994. - Т. 2, 2-3. - С. 541-559] . Механическую активацию наполнителя проводили с целью получения однородного по дисперсности порошка и повышения реакционной способности частиц оксида алюминия, так как ПТФЭ как полимерное связующее характеризуется инертностью, низкой адгезионной способностью, что затрудняет межфазное взаимодействие в композите и, таким образом, сдерживает процессы структурообразования. Помещая расчетную массу полимера и наполнителя в высокооборотный смеситель, их смешивали до получения однородной массы. Затем из композиции путем холодного прессования делали заготовки требуемой формы и спекали их в электрической печи при (370±5)^oС.

Установлено, что сочетание ПТФЭ и исходного оксида алюминия позволяет повысить износостойкость материала, но при этом деформационно-прочностные характеристики снижаются.

Введение в ПТФЭ синтетического оксида алюминия марки 124127, механоактивированного в планетарной мельнице в течение 2 мин, позволяет получить композиционный материал, обладающий повышенными деформационно-прочностными показателями и износостойкостью, в том числе при эксплуатации в условиях повышенных нагрузок.

Подобные свойства композита заявляемого состава обусловлены влиянием активированного наполнителя на процессы формирования структуры композита и определяются механической активацией наполнителя в процессе обработки в планетарной мельнице. Механическая активация наполнителя заключается в повышении дисперсности, дефектности кристаллической структуры частиц, что подтверждено результатами рентгеноструктурных исследований и электронной микроскопии. Среднее изменение межплоскостных расстояний в кристаллической решетке оксида алюминия после активации составляет 0,01 . Средний размер частиц оксида алюминия после активации составляет 0,5-2 мкм, плотность - 6,25 г/см³.

Пример. 99,0 г ПТФЭ и 1,0 г порошка Аl₂О₃ марки 124127, проактивированного в течение 2 мин в планетарной мельнице, смешивают в лопастном смесителе до получения однородной массы. После смешения композицию сушат в сушильном шкафу при 100-120^oС в течение 1 ч. Затем композицию помещают в холодную прессформу и прессуют изделие при удельном давлении 50 МПа. Спекание изделий проводят в электрической печи при (370±5)^oС. Охлаждение спеченных изделий проводят непосредственно в печи.

Остальные примеры получения композиционного материала заявляемого состава приведены в таблице.

Методики определения свойств композита
Физико-механические свойства заявляемого антифрикционного герметизирующего материала определены на стандартных образцах (ГОСТ 11262-80). Испытания проводили на машине "Инстрон" (Англия) при скорости перемещения подвижных захватов 100 мм/мин. Технические параметры определены на машине трения СМЦ-2 по схеме "вал-втулка". Нагрузка 67-1000 Н, скорость скольжения 0,39 м/с, путь трения 7 км. Исследуемый образец - втулка диаметром 32-22 мм, высотой 21 мм, контртело - стальной вал. Результаты испытаний представлены в таблице.

Технико-экономическая эффективность
Использование заявляемого изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании, позволяет увеличить несущую способность композиционного материала до 1000 Н, при сохранении высокой износостойкости в сочетании с высокими физико-механическими показателями. Как видно из приведенных данных, износостойкость возросла по сравнению с прототипом в 28-30 раз, прочность при разрыве на 15-35%, эластичность - на 30-45%. Несущая способность материала по сравнению с прототипом возросла в 3 раза. Оптимальное время активации наполнителя в планетарной мельнице - 2 мин, содержание механоактивированного наполнителя 1,0-2,0 мас. %. Дальнейшее увеличение содержания и времени активации наполнителя приводит к снижению деформационно-прочностных показателей.

Применение антифрикционной и герметизирующей композиции заявляемого состава позволит повысить ресурс работы изделий при повышенных нагрузках.

Изобретение относится к антифрикционным материалам герметизирующего назначения, которые могут быть использованы для изготовления уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения и узлов трения. Композиция содержит политетрафторэтилен и 1-2 мас. % синтетического оксида алюминия марки 124127, который активирован в планетарной мельнице АГО-2 в течение 2 мин. Изобретение позволяет повысить износостойкость, деформационно-прочностные свойства и несущую способность композиционного материала. 1 табл.

Антифрикционная композиция герметизирующего назначения, содержащая политетрафторэтилен и неорганический наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве неорганического наполнителя она содержит синтетический оксид алюминия марки 124127, активированный в планетарной мельнице АГО-2 в течение 2 мин, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Оксид алюминия марки 124127 - 1 - 2
Политетрафторэтилен - Остальное