КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ БЕЗАСБЕСТОВОГО ФРИКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2007 года по МПК C08J5/14 C08L9/00 C08K13/02 C08K3/04 C08K3/06 C08K3/20 C08K3/24 C08K5/29 C08K5/40 C08K7/02 

Изобретение относится к безасбестовым полимерным композициям фрикционного назначения и может быть использовано в машиностроении, в частности, для производства тормозных колодок для железнодорожного подвижного состава.

Известна полимерная композиция фрикционного назначения для изготовления тормозных колодок железнодорожных вагонов и локомотивов, содержащая, мас.%: каучук 15-25; серу 1,5-4,0; 2-меркаптобензтиазол 0,3-0,8; тиурам 0,10-0,30; асбест 5-47,5; барит 9-48,1; углерод технический 9-20; шлак никелевый отвальный 5-40 (см. описание изобретения к патенту РФ №2083603, заявл. 27.07.94, опубл. 10.07.97, по кл. С 08 J 5/14, С08L 9/00, С08К 13/02, заявитель - ОАО «УралАТИ»).

Изделия из данной композиции позволяют расширить арсенал технических средств, обеспечивающих повышенную износостойкость с сохранением высоких фрикционных свойств при попадании воды в зону трения тормозных колодок.

К недостатком полимерной композиции следует отнести применение асбеста, который в настоящее время запрещен к использованию во многих странах по экологическим соображениям, так как составляет повышенную вредность из-за канцерогенных свойств асбестовой пыли при производстве и эксплуатации изделий.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению (прототипом) является полимерная композиция для фрикционного материала, которая может быть использована для тормозных колодок железнодорожного подвижного состава, включающая, мас.%: фенолформальдегидную смолу 10-14 в качестве связующего, каучук 4-5 в качестве органического модификатора, вулканизующую группу 1-2 на основе серы, волокнистый наполнитель 15-17 в виде смеси базальтовых и стеклянных волокон, металлосодержащий наполнитель 30-36 в виде порошка и стружки металлов из группы медь, бронза, фрикционный модификатор 10-13 в виде смеси графита кристаллического и сурьмы трехсернистой, а также неорганический модификатор 18-21 в виде веществ из группы, включающей баритовый концентрат и глинозем (см. описание изобретения к патенту РФ №2119511, заявл. 21.02.96, опубл. 27.09.98, по кл. С 08 L 61/10, С08К 13/00, С08J 5/14).

Недостатком данной полимерной композиции является то, что изготовленные на ее основе изделия не обладают достаточно высоким и стабильным коэффициентом трения, имеют повышенную износостойкость и высокую стоимость. Кроме того, процесс изготовления изделий связан с выделением свободного фенола в окружающую среду.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в том, чтобы создать такую фрикционную композицию, которая обеспечила бы повышение стабильности коэффициента трения изготовленных на ее основе изделий, позволила бы снизить себестоимость изделий и снизить выделение вредных веществ, в частности фенола, в окружающую среду при их изготовлении.

Поставленная задача решается тем, что в известной композиции для безасбестового фрикционного материала, содержащей каучук, вулканизующую группу на основе серы, волокнистый наполнитель, металлосодержащий наполнитель, фрикционный модификатор на основе графита, неорганический модификатор - смесь баритового концентрата и глинозема, согласно изобретению в качестве каучука используют каучук СКД, в качестве волокнистого наполнителя - смесь полиоксадиазольного волокна и минеральной ваты, в качестве металлосодержащего наполнителя - дробь чугунную колотую, в качестве фрикционного модификатора используют смесь графита кристаллического, графита скрытокристаллического и углерода технического, а к смеси неорганического модификатора дополнительно добавлен цеолит при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

каучук СКД18,00-22,00сера1,50-2,502-меркаптобензтиазол0,35-0,45тиурам0,10-0,30полиоксадиазольное волокно2,00-4,00минеральная вата18,00-22,00дробь чугунная колотая4,00-6,00графит кристаллический2,00-3,00графит скрытокристаллический2,00-3,00углерод технический6,00-8,00баритовый концентрат27,00-28,00глинозем6,00-8,00цеолит2,50-3,50

Использование в композиции каучука СКД, относящегося к группе высокомолекулярных непредельных углеводородных соединений, позволяет при изготовлении изделий значительно снизить выделение вредных веществ в атмосферу, использование в качестве волокнистого наполнителя полиоксадиазольного волокна и минеральной ваты, заменяющих асбест, также снижает вредность при производстве изделий и их последующей эксплуатации, применение дроби чугунной колотой в качестве металлосодержащего наполнителя позволяет снизить себестоимость готового изделия, а использование цеолита в смеси неорганического модификатора позволяет повысить стабильность коэффициента трения изготовленных на основе композиции фрикционных изделий.

Сопоставительный анализ заявляемой композиции для безасбестового фрикционного материала с известными показал, что данное техническое решение является новым, имеет изобретательский уровень и промышленно применимо, т.е. отвечает всем критериям изобретения.

Способ реализуется следующим образом. Для изготовления композиции использовалось следующее сырье:

Каучук СКД - ТУ 38.403750-2001

Сера - ГОСТ 127.4-93

2-меркаптобензтиазол - ГОСТ 739-74

Тиурам - ГОСТ 740-76

Полиоксадиазольное волокно - ТУ РБ 00204056.145-97

Минеральная вата - ГОСТ 4640-93

Дробь чугунная колотая марки ДЧК - ГОСТ 11964-81

Графит кристаллический - ГОСТ 5279-74

Графит скрытокристаллический - ГОСТ 5420-74

Углерод технический - ГОСТ 7885-86

Баритовый концентрат - ГОСТ 4682-84

Глинозем - ГОСТ 30558-98

Цеолит - ТУ 38.102168-85

Из указанного сырья была изготовлена опытная партия железнодорожных колодок. отличающихся процентным содержанием компонентов, как указано в таблице 1.

Изделия изготавливались известным сухим способом в смесителях закрытого типа. Загрузка смеси производилась в следующей очередности: сначала каучук, затем металлосодержащий наполнитель и модификаторы, после этого волокнистый наполнитель и в конце загрузки - вулканизующая группа.

Приготовленная смесь измельчалась в молотковых дробилках и брикетировалась на прессах холодного формования до получения заготовок изделий. Далее заготовки подвергались вулканизации на гидропрессах в обогреваемых прессформах. Изготовленная таким образом опытная партия железнодорожных тормозных колодок, а также тормозные колодки по прототипу, подвергались стендовым испытаниям по типовой методике ТМ №02-001-91 и по утвержденным требованиям норм безопасности НБ ЖТ ЦВ-ЦЛ 009 пп. 8, 9, 10, 11, 14.

Полученные данные и результаты исследований тормозных колодок из опытного материала и по прототипу представлены в таблицах 2,3 и на фиг.1 и 2.

В таблице 2 даны величины тормозных путей и износ по массе колодок, а в таблице 3 приведены данные трибологических характеристик опытных колодок в сравнении с требуемыми по нормам безопасности на железнодорожном транспорте.

На фиг.1 и 2 приведены графики зависимости коэффициентов трения от скорости при торможении как всухую с максимальной скорости 160 км/час, так и с подачей воды.

Из полученных данных следует, что коэффициенты трения, износ, термостойкость колодок из опытной партии находится в пределах значений, определяемых нормами безопасности, а у колодок по прототипу определена нестабильность коэффициента трения и повышенный износ. Испытания показали, что каких-либо механических повреждений, отслоений, трещин, наволакивания металла на колодки из опытного материала, нарушения целостности тела колодки не наблюдалось. Взаимодействие колодок с поверхностями катания колес стендов не привело к образованию в колесах трещин, кольцевых выработок, сдвигов металла на колесах и других дефектов. Максимальная температура в материале колодки из опытной партии на расстоянии 10 мм от фрикционного контакта с колесом достигла 184°С, а у колодок по прототипу 203°С.

По результатам испытаний сделан вывод о том, что железнодорожная колодка, изготовленная из заявляемой композиции, отвечает требованиям, предъявляемым к данного вида изделиям, и имеет более высокие показатели по сравнению с прототипом.

Таблица 1
Состав известной и предлагаемой композицииКомпонентыСостав материаловПрототипПо примерам12312345Связующее -12,0   фенолформальдегидная смола ---каучук СКД4,022,0019,9018,00Вулканизующая группа -2,0   в том числе:    сера 2,52,01,52-меркаптобензтиазол 0,450,40,35тиурам 0,10,20,3окись цинка ---волластонит ---Волокнистый наполнитель16,0   в том числе:    полиоксадиазольное волокно    минеральная вата 4,03,02,0стекловолокно 18,020,022,0базальтовое волокно ---игольчатый волластонит --- ---Металлосодержащий наполнитель -34,0   дробь чугунная колотая 6,05,04,0Фрикционный модификатор -12,0   в том числе:    графит кристаллический 3,02,52,0графит скрытокристаллический 2,02,53,0углерод технический 6,07,08,0Неорганический модификатор -20,0   в том числе:    баритовый концентрат 27,4527,527,35глинозем 6,07,08,0цеолит 2,53,03,5

Таблица 2Тип тормозной колодкиНажатие, на колодку, кНТормозной путь, «м» с начальной скоростью, «км/час»Суммарный тормозной путь, «м»Износ колодки по массе, «г»5090140160перваявторая123456789Заявляемая        - всухую        - с водой10×21063561089164497375075500 мл/мин10×2104302729-1945510- всухую20×293266626107862954545- с водой20×2113281640-18201520500 мл/мин        По прототипу        - всухую10×27328796117159231165240Примечание:
- максимальная температура в теле заявляемой колодки на расстоянии 10 мм от рабочей поверхности была 171°С при нажатии 10 кН при полном служебном торможении со скоростью 160 км/ч и 184°С при нажатии 20 кН со скоростью 160 км/ч
- максимальная температура в теле колодки по прототипу на расстоянии 10 мм от рабочей поверхности была 203°С при нажатии 10 кН при полном служебном торможении со скоростью 160 км/ч.

Изобретение относится к безасбестовым полимерным композициям фрикционного назначения и может быть использовано в машиностроении, в частности, для производства тормозных колодок для железнодорожного подвижного состава. Композиция для безасбестового фрикционного материала содержит каучук СКД, вулканизующую группу на основе серы, волокнистый наполнитель, представляющий собой смесь полиоксадиазольного волокна и минеральной ваты, металлосодержащий наполнитель, в качестве которого используют дробь чугунную колотую, фрикционный модификатор, в качестве которого используют смесь графита кристаллического, графита скрытокристаллического и углерода технического, неорганический модификатор - смесь баритового концентрата, глинозема и цеолита. Технический результат состоит в том, что композиция для безасбестового трения изделий, изготовленных на ее основе, обеспечивает снижение выделения вредных веществ, в частности фенола, в окружающую среду при изготовлении изделий и снижение их себестоимости. 2 ил., 3 табл.

Композиция для безасбестового фрикционного материала, содержащая каучук, вулканизующую группу на основе серы, волокнистый наполнитель, металлосодержащий наполнитель, фрикционный модификатор на основе графита, неорганический модификатор - смесь баритового концентрата и глинозема, отличающаяся тем, что в качестве каучука используют каучук СКД, в качестве волокнистого наполнителя - смесь полиоксадиазольного волокна и минеральной ваты, в качестве металлосодержащего наполнителя - дробь чугунную колотую, в качестве фрикционного модификатора используют смесь графита кристаллического, графита скрытокристаллического и углерода технического, а к смеси неорганического модификатора дополнительно добавлен цеолит при следующем соотношении компонентов композиции, мас.%:

Каучук СКД18,00-22,00Сера1,50-2,502-Меркаптобензтиазол0,35-0,45Тиурам0,10-0,30Полиоксадиазольное волокно2,00-4,00Минеральная вата18,00-22,00Дробь чугунная колотая4,00-6,00Графит кристаллический2,00-3,00Графит скрытокристаллический2,00-3,00Углерод технический6,00-8,00Баритовый концентрат27,00-28,00Глинозем6,00-8,00Цеолит2,50-3,50