АНТИФРИКЦИОННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2002 года по МПК C08J5/16 B32B27/00 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к области создания композиционных материалов (композитов), и может быть использовано в качестве материала вкладышей подшипников скольжения различного назначения.

Известен антифрикционный композиционный материал (авторское свидетельство СССР 1162827, МКИ - С 08 J 5/16, 1982 г.), содержащий армирующий компонент в виде синтетического волокна, термореактивное связующее в виде фенольной смолы и графит.

Однако известный антифрикционный материал имеет недопустимо высокий коэффициент трения (0,19-0,24), что не позволяет использовать его в ответственных узлах трения. Кроме того, данный материал имеет низкую устойчивость к расслоению в процессе эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является антифрикционный композиционный материал (патент РФ 2137790, МКИ - C 08 L 61/10, С 08 К 13/00, 1999 г. ), выбранный нами в качестве прототипа, содержащий синтетическое волокно, фенольную смолу, графит, хлопчатобумажное волокно и оксид алюминия.

Данный материал обладает достаточно низким коэффициентом трения (высокими антифрикционными свойствами), однако у него недостаточно высокая устойчивость к расслоению, устойчивость к ударным и температурным нагрузкам в процессе эксплуатации.

В основу заявляемого изобретения положена задача создания антифрикционного композиционного материала, который обладает наряду с низким коэффициентом трения высокой устойчивостью к ударным нагрузкам и высокой устойчивостью к расслоению, а также к температурным нагрузкам.

Технический эффект, который может быть достигнут в результате использования предлагаемого изобретения, заключается в создании антифрикционного материала, который обладает высокой устойчивостью к ударным нагрузкам, высокой устойчивостью к расслоению и к температурным нагрузкам, а также высокой износостойкостью.

Поставленная задача решается за счет создания антифрикционного композиционного материала, содержащего армирующий компонент, термореактивное связующее и графит, в котором, согласно изобретению, армирующий компонент антифрикционного материала содержит по меньшей мере один слой иглопробивного или холстопрошивного нетканого полотна, выполненного из смеси синтетических и хлопчатобумажных волокон, или по меньше мере один слой тканого полотна, выполненного из синтетических и хлопчатобумажных нитей, при этом антифрикционный композиционный материал дополнительно содержит порошкообразный дисульфид молибдена и металлический порошок при следующем соотношении компонентов, маc.%:
Армирующий компонент - 20,0-85,0
Термореактивное связующее - 10,0-60,0
Графит - 0,5-15,0
Дисульфид молибдена - 0,1-10,0
Металлический порошок - 0,1-15,0
Выполнение нетканого полотна армирующего компонента антифрикционного материала из смеси синтетических и хлопчатобумажных волокон обеспечивает высокие антифрикционные свойства материала и высокую устойчивость к ударным нагрузкам, кроме того, за счет содержания хлопчатобумажных волокон повышается смачиваемость нетканого полотна термореактивным связующим, что снижает износ материала в процессе эксплуатации.

Наличие в армирующем компоненте материала иглопробивного или холстопрошивного нетканого полотна обеспечивает увеличение устойчивости к расслоению материала, так как при этом волокна в полотне очень прочно связаны друг с другом, а это в свою очередь способствует повышению срока эксплуатации.

Выполнение тканого полотна армирующего компонента из смеси хлопчатобумажных и синтетических нитей позволяет, с одной стороны, повысить устойчивость к ударным нагрузкам и смачиваемость термореактивным связующим за счет присутствия хлопчатобумажных нитей, а с другой стороны, обеспечить прочность и износостойкость за счет присутствия синтетических нитей.

Использование в антифрикционном материале порошка дисульфида молибдена обеспечивает равномерную теплопроводность материала, что способствует повышению устойчивости к температурным нагрузкам.

Использование в материале металлического порошка значительно повышает его устойчивость к температурным нагрузкам, что в свою очередь уменьшает износ этого материала.

Согласно заявляемому изобретению целесообразно, чтобы нектаное полотно армирующего компонента дополнительно содержало металлические волокна в количестве, равном или меньшем 15,0 маc.%.

Наличие металлических волокон обеспечивает равномерность теплопроводности антифрикционного материала, а также повышает ударопрочность, при этом наилучшие показатели обеспечиваются при добавлении металлических волокон в количестве, равном или меньшем 15 маc.%.

При эксплуатации антифрикционных композиционных материалов возникают значительные тепловые нагрузки, в результате чего возможно возгорание хлопчатобумажных нитей и волокон в материале. Чтобы это предотвратить, добавляют в материал металлические волокна и нити, которые, обладая хорошей теплопроводностью, эффективно отводят и распределяют лишнее тепло.

Согласно заявляемому изобретению желательно, чтобы в нетканом полотне антифрикционного материала соотношение в смеси синтетических и хлопчатобумажных волокон составляло от 7:10 до 17:1 соответственно.

При указанном выше соотношении обеспечиваются наилучшие показатели по устойчивости к ударным нагрузкам, ударная вязкость, которая характеризует устойчивость к ударным нагрузкам, при этом соотношении составляет от 4 до 32 кДж/м², что примерно в три раза выше, чем в прототипе.

Согласно заявляемому изобретению целесообразно, чтобы нетканое полотно армирующего компонента дополнительно содержало по меньшей мере один каркас полотняного переплетения.

При этом желательно, чтобы каркас полотняного переплетения содержал синтетические и хлопчатобумажные нити, взятые в соотношении от 1:3 до 9:1 соответственно.

Наличие в нетканом полотне армирующего компонента каркаса из хлопчатобумажных и/или синтетических нитей придает дополнительную прочность и устойчивость к расслоению материала, причем наилучшие показатели достигаются при выполнении указанного выше соотношения между синтетическими и хлопчатобумажными нитями.

Согласно изобретению целесообразно, чтобы тканое полотно содержало синтетические и хлопчатобумажные нити, взятые в соотношении от 4:13 до 9:1 соответственно.

Данное соотношение между синтетическими и хлопчатобумажными нитями обеспечивает повышение устойчивости к ударным нагрузкам и смачиваемости связующим, что обеспечивает уменьшение износа материала в процессе эксплуатации.

Согласно изобретению целесообразно, чтобы тканое полотно армирующего компонента содержало металлические нити в количестве, равном или меньшем 15 маc.%.

Наличие металлических волокон обеспечивает равномерность теплопроводности антифрикционного материала вкладыша подшипника скольжения, а также повышает ударопрочность, при этом наилучшие показатели обеспечиваются при добавлении металлических волокон в количестве, равном или меньшем 15 маc.%.

Согласно изобретению желательно, чтобы в качестве металлического порошка антифрикционный материал содержал порошок меди и/или латуни.

При использовании в качестве металлического порошка меди или латуни достигаются наилучшие показатели по устойчивости к температурным нагрузкам.

Для обеспечения прочности и ударостойкости материала целесообразно, чтобы в качестве термореактивного связующего антифрикционный материал вкладыша содержал вещество на основе фенольной смолы.

Для повышения антифрикционных свойств материала желательно, чтобы тканое полотно, нетканое полотно, а также каркас нетканого полотна в качестве синтетических волокон и нитей содержали полиоксадиазольные, и/или полифениленовые, и/или полиаримидные волокна и нити.

При этом повышается износостойкость антифрикционного композиционного материала, которая по настоящему изобретению в 1,2-2,0 раза выше по сравнению с прототипом.

Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из подробного описания антифрикционного композиционного материала.

Заявляемый материал содержит армирующий компонент (20,0-85,0 маc.%), термореактивное связующее (10,0-60,0 маc.%), графит (0,5-10,0 маc.%), дисульфид молибдена (0,1-10,0 маc.%), металлический порошок (0,5-10,0 маc.%).

Армирующий компонент антифрикционного материала может содержать один слой, или несколько слоев нетканого полотна из синтетических и хлопчатобумажных волокон, или один слой, или несколько слоев тканого полотна из синтетических и хлопчатобумажных нитей, при этом соотношение между синтетическими и хлопчатобумажными волокнами в нетканом полотне от 7:10 до 17:1 соответственно, а в тканом полотне должно находиться в пределах от 4:13 до 9:1 соответственно.

Нетканое полотно армирующего компонента может дополнительно содержать по меньшей мере один каркас полотняного переплетения из синтетических и хлопчатобумажных нитей, взятых в соотношении от 1:3 до 9:1 соответственно.

Выполнение нетканого полотна армирующего компонента из смеси синтетических и хлопчатобумажных волокон обеспечивает, с одной стороны, хорошие антифрикционные свойства за счет содержания синтетических волокон, а с другой стороны, обеспечивает устойчивость к ударным нагрузкам за счет содержания хлопчатобумажных волокон, а также повышает смачиваемость нетканого полотна термореактивным связующим.

Наличие в нетканом полотне каркаса из хлопчатобумажных и/или синтетических нитей придает ему дополнительную прочность при обеспечении высоких антифрикционных свойств, а способ выполнения нетканого полотна (иглопробивной или холстопрошивной) обеспечивает повышение устойчивости к расслоению, так как волокна при этих способах очень прочно связаны друг с другом. Все эти факторы обеспечивают заявляемому антифрикционному материалу значительное уменьшение износа в процессе эксплуатации по сравнению с прототипом.

Нетканое полотно армирующего компонента может содержать металлические волокна в количестве, равном или меньшем 15 маc.%.

Тканое полотно армирующего компонента может содержать металлические нити в количестве, равном или меньшем 15 маc.%.

Добавление металлических волокон и нитей придает материалу дополнительную прочность, а также улучшает теплопроводность, что повышает устойчивость к температурным нагрузкам.

Выполнение тканого полотна армирующего компонента из хлопчатобумажных и синтетических нитей позволяет повысить устойчивость к ударным нагрузкам и смачиваемость термореактивным связующим, что приводит к уменьшению износа в процессе эксплуатации.

Использование в антифрикционном материале вкладыша дисульфида молибдена позволяет обеспечить равномерность теплопроводности материала, а использование в материале металлического порошка, предпочтительно меди и/или латуни, которые обладают хорошей теплопроводностью, значительно повышает его устойчивость к температурным нагрузкам, что уменьшает износ в процессе экслуатации.

В антифрикционном материале в качестве термореактивного связующего используются вещества на основе фенольной смолы. Это может быть и фенолформальдегидная смола, или какие-либо другие фенольные смолы, или растворы данных смол в спирте и других растворителях.

Использование перечисленных выше веществ в качестве термореактивного связующего позволяет добиться наилучших показателей по прочности и ударостойкости.

В нетканом и тканом полотнах армирующего компонента, а также в каркасе в качестве синтетических волокон и нитей используются полиоксадиазольные, и/или полифениленовые, и/или полиаримидные волокна и нити, что позволяет добиться наилучших антифрикционных и прочностных показателей благодаря свойствам данных волокон и нитей.

Таким образом, перечисленные выше усовершенствования антифрикционного материала позволяют повысить его прочностные показатели (ударная вязкость для образцов по данному изобретению составляет от 9 до 32 кДж/м², тогда как у образцов по прототипу от 3 до 9 кДж/м²), устойчивость к расслоению (у образцов по данному изобретению сопротивление раскалыванию вдоль нитей основы на образцах без надреза составляет от 104 до 198 кН/м, тогда как у прототипа только от 80 до 100 кД/м).

Антифрикционный композиционный материал изготавливают на обычном производственном оборудовании следующим образом.

В первую очередь изготавливают армирующий компонент в виде нетканого или тканого полотна.

При этом нетканое полотно изготавливают из смеси синтетических (полиоксадиазольных, и/или полифениленовых, и/или полиаримидных) и хлопчатобумажных волокон, взятых в соотношении от 7:10 до 17:1 соответственно, уложенных слоями и скрепленных между собой иглопробивным или холстопрошивным способом. При этом в смесь из синтетических и хлопчатобумажных волокон могут добавлять и металлические волокна в количестве, равном или меньшем 15 маc.%.

Также можно при изготовлении нетканого полотна использовать один или несколько каркасов полотняного переплетения из синтетических (полиоксадиазольных, и/или полифениленовых, и/или полиаримидных) и/или хлопчатобумажных нитей. Причем если каркас изготавливают из синтетических и хлопчатобумажных нитей, то они берутся в следующем соотношении от 1:3 до 9:1 соответственно.

Полученный каркас полотняного переплетения прокладывают между слоями из смеси синтетических и хлопчатобумажных волокон и скрепляют иглопробивным или холстопрошивным способом.

Применение каркаса при изготовлении нетканого полотна значительно повышает устойчивость к расслоению и ударную вязкость антифрикционного материала вкладыша, так как в этом случае волокна крепко связываются не только между собой, но и с каркасом.

Тканое полотно изготавливают из синтетических и хлопчатобумажных нитей с возможным добавлением металлических нитей. При этом синтетические и хлопчатобумажные нити берут в следующем соотношении от 4:13 до 9:1 соответственно.

Металлические нити в тканое полотно добавляют в количестве, равном или меньшем 15 маc.%.

После приготовления армирующего компонента в виде нетканого или тканого полотен их пропитывают смесью, содержащей термореактивное связующее, графит, дисульфид молибдена и металлический порошок (желательно порошок меди или латуни). При этом в качестве термореактивного связующего используют вещества на основе фенольной смолы.

В результате получают антифрикционный композиционный материал, обладающий высокими антифрикционными показателями, высокой устойчивостью к ударным нагрузкам, к расслоению, а также к температурным нагрузкам.

Пример выполнения материала 1.

Берут 85 частей синтетического полиоксадиазольного волокна (оксалон), 14 частей хлопчатобумажного волокна и 1 часть металлических волокон, смешивают их и укладывают в один или несколько слоев, в зависимости от требуемой толщины материала. Затем скрепляют их иглопробивным или холстопрошивным способами, получая таким образом нетканое полотно, которое в данном примере является армирующим компонентом. Приготавливают смесь из вещества на основе фенольной смолы (30 маc.%), графита (2,5 маc.%), дисульфида молибдена (0,4 маc. %) и металлического порошка (2,1 маc.%). Пропитывают полученной смесью армирующий компонент, получая таким образом антифрикционный композиционный материал.

Другие примеры выполнения материала приведены в таблицах 1 и 2.

В таблице 1 приведены составы антифрикционных материалов в маc.% и их основные технические показатели.

В таблице 2 приведены составы армирующих компонентов в маc.% антифрикционных материалов.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в качестве материала вкладыша подшипника скольжения. Антифрикционный композиционный материал содержит армирующий компонент в виде по меньшей мере одного слоя иглопробивного или холстопрошивного нетканого полотна, выполненного из смеси синтетических и хлопчатобумажных волокон, или по меньшей мере один слой тканого полотна, выполненного из синтетических и хлопчатобумажных нитей, термореактивное связующее, графит, а также дополнительно содержит дисульфид молибдена и металлический порошок при следующем количественном содержании компонентов, мас.%: армирующий компонент 20,0-85,0, термореактивное связующее 10,0-60,0, графит 0,5-15,0, дисульфид молибдена 0,1-10,0, металлический порошок 0,1-15,0. Изобретение позволит создать антифрикционный композиционный материал с высокой устойчивостью к ударным нагрузкам, к расслоению, а также к температурным нагрузкам. 6 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Антифрикционный композиционный материал, содержащий армирующий компонент из смеси синтетических и хлопчатобумажных волокон, термореактивное связующее на основе фенольной смолы и графит, отличающийся тем, что армирующий компонент выполнен в виде, по крайней мере, одного слоя из иглопробивного или холстопрошивного нетканого полотна или, по крайней мере, одного слоя тканого полотна с использованием в качестве синтетических волокон полиоксадиазольных, и/или полиолефиновых, и/или полиаримидных волокон и нитей, а материал дополнительно содержит порошкообразный дисульфид молибдена и порошок из меди или латуни при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Армирующий компонент - 20,0-85,0
Термореактивное связующее на основе фенольной смолы - 10,0-60,0
Графит - 0,5-15,0
Дисульфид молибдена - 0,1-10,0
Порошок меди или латуни - 0,1-15,0
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что нетканое полотно армирующего компонента содержит синтетические и хлопчатобумажные волокна, взятые в соотношении от 7:10 до 17: 1 соответственно. 3. Материал по п.2, отличающийся тем, что нетканое полотно армирующего компонента дополнительно содержит по меньшей мере один каркас полотняного переплетения. 4. Материал по п.3, отличающийся тем, что каркас полотняного переплетения содержит синтетические и хлопчатобумажные нити, взятые в соотношении от 1:3 до 9:1 соответственно. 5. Материал по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что нетканое полотно армирующего компонента дополнительно содержит металлические волокна в количестве, равном или меньшем 15 мас.%. 6. Материал п.1, отличающийся тем, что тканое полотно армирующего компонента содержит синтетические и хлопчатобумажные нити в соотношении от 4: 13 до 9:1 соответственно. 7. Материал по п. 6, отличающийся тем, что тканое полотно армирующего компонента дополнительно содержит металлические нити в количестве, равном или меньшем 15 мас.%.