Изобретение относится к области материаловедения, в частности к антифрикционным полимерным композиционным материалам, предназначенным для изготовления деталей смазываемых и несмазываемых узлов трения машин и агрегатов.
Известны антифрикционные полимерные композиционные материалы на основе политетрафторэтилена (Машков Ю.К., Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Орлов П.В. Трение и модифицирование материалов трибосистем. - М.: Наука, 2000. - 280 с.), содержащие в качестве компонентов порошки кокса (Ф4К20), дисульфида молибдена (Ф4М15), стекловолокно (Ф4С15), кокс и дисульфид молибдена (Ф4К15М5). Известным материалам присущи недостатки, ограничивающие область их применения и снижающие надежность и долговечность узлов трения машин. Основными недостатками являются недостаточная механическая прочность и износостойкость известных композиционных материалов, предел прочности названных материалов находится в пределах 11-16 МПа.
Известен антифрикционный композиционный материал (А.С. №1812190 МПК C08J 5/16), который содержит, мас.%: политетрафторэтилен 80-82; дисульфид молибдена 1-3; порошок оловянно-свинцовистой бронзы 5-12 и углеродный наполнитель 5-12. Углеродный наполнитель представляет собой углеродное волокно длиной 0,05-0,50 мм, полученное из выдержанного в течение не менее 48 часов в жидком фреоне карбонизированного углеволокнистого материала, высушенного и измельченного в присутствии порошка политетрафторэтилена до волокон указанной длины. Предел прочности материала при растяжении 22-24 МПа, скорость изнашивания при трении по стальному контртелу без смазки составляет 0,065-0,068 мг/ч при скорости скольжения 1 м/с, контактном давлении 3 МПа.
Этот материал наиболее близок по своей физической сущности к предлагаемому композиционному материалу, однако этому известному материалу также присущие недостатки, снижающие технический уровень, надежность и долговечность узлов трения и в целом машин, где применяются узлы трения, изготовленные с использованием этого материала. Кроме того, технология подготовки углеродного материала достаточно сложна и малопроизводительна (длительная обработка материала в жидком фреоне и последующая сушка). Также сложна и малопроизводительна технология подготовки порошка бронзы, предусматривающая длительную обработку его в водородной среде с целью восстановления окисленных в воздушной среде частиц бронзы. Обе операции (обработка углеродного материала и обработка порошка бронзы) выполняются с целью повышения активности и увеличения адгезионного взаимодействия компонентов материала, от которого зависят свойства композиционного материала.
Задача изобретения - повышение характеристик механических и износостойкости, а также снижение трудоемкости изготовления композиционного материала.
Указанный технический результат достигается тем, что заявленный композиционный материал включает политетрафторэтилен 81,5-87%, дисульфид молибдена 1,5-2,0%, скрытокристаллический графит 6,0-10,0% с удельной поверхностью 50-75 м2/г и углеродное волокно 4,0-7,0% с длиной волокон 0,05-0,5 мм. При этом углеродное волокно перед измельчением не подвергается длительной обработке в жидком фреоне и последующей сушке, порошок бронзы не входит в состав компонентов, следовательно, исключается обработка порошка в водородной среде. Повышение механических свойств композиционного материала достигается благодаря высокой структурной активности нового компонента - скрытокристаллического графита вследствие большого значения удельной поверхности высокодисперсного порошка графита, выполняющего роль структурно-активного модификатора. Он активно влияет на структурообразующие процессы и способствует формированию аморфно-кристаллической плотноупакованной структуры с повышенными механическими и триботехническими свойствами.
Пример. Для изготовления композиционного материала берут политетрафторэтилен-фторопласт-4 марки ПН в количестве 84 мас.% от массы образца (заготовки), дисульфид молибдена ДМ - 2,0 мас.%, углеродное волокно с длиной волокон 0,05-0,5 - 4,0 мас.% и скрытокристаллический графит - 10 мас.% и смешивают в смесителе с частотой вращения ротора 2800-3000 мин-1. Композиционную смесь прессуют в пресс-форме при давлении 90-100 МПа и спекают при температуре 360±5°С с выдержкой при этой температуре из расчета 8-9 мин на 1 мм толщины стенки заготовки. Нагревание материала до температуры спекания производят со скоростью 1,5-2,0 град/мин, охлаждение от температуры спекания до 327°С - со скоростью 0,3-0,4 град/мин и от 327°С до 20°С охлаждают вместе с печью.
Углеродное волокно с указанной длиной волокон получают, например, из карбонизованного углеволокнистого материала марок УРАЛ Т-10 или других марок. Названный материал разрезают на небольшие кусочки, например 3×3 см, и измельчают в мельнице в присутствии порошка фторопласта-4 до получения длины частиц волокна в пределах 0,05...0,5 мм. Измельчение производят, например, в течение 3-9 мин в мельнице с подовыми ножами при частоте вращения 7000 мин-1.
Оценку степени повышения механических и триботехнических свойств предлагаемого композиционного материала и определение оптимального содержания компонентов производили путем изготовления и испытания образцов известного и предлагаемого материалов по технологии, описанной в примере. В таблице 1 приведены составы четырех композиций предлагаемого материала, состав прототипа и показатели механических (предел прочности) и триботехнических (скорость изнашивания, коэффициент трения) свойств материалов.
Приведенные в таблице результаты показывают, что заявляемый полимерный композиционный материал имеет на 10-15% более высокие показатели предела прочности, в 1,5-2,0 раза меньшую скорость изнашивания и на 25-40% меньший коэффициент трения. Таким образом, заявляемый антифрикционный полимерный композиционный материал имеет соответственно более высокую износостойкость в зависимости от конкретного состава композиционного материала. Следовательно, применение заявленного материала для изготовления деталей узлов трения обеспечит повышение долговечности соответствующих узлов трения машин в 1,5-2,0 раза и снижение потерь мощности на трение до 40% при прочих равных условиях.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
АНТИФРИКЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ | 2012 |
|
RU2525492C2 |
АНТИФРИКЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ | 2013 |
|
RU2567293C2 |
Антифрикционный нанокомпозит | 2019 |
|
RU2727417C1 |
ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА | 2018 |
|
RU2675520C1 |
Антифрикционный композиционный материал | 1991 |
|
SU1812190A1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ | 2013 |
|
RU2546161C2 |
Антифрикционный композиционный материал | 2021 |
|
RU2769691C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА | 2006 |
|
RU2324708C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОЙ КОМПОЗИЦИИ | 2009 |
|
RU2421480C2 |
БАЗАЛЬТОФТОРОПЛАСТОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ | 2013 |
|
RU2552744C2 |
Изобретение относится к антифрикционным полимерным композиционным материалам, предназначенным для изготовления деталей узлов трения машин и агрегатов. Задача изобретения - повышение механических характеристик и износостойкости в сочетании со снижением трудоемкости изготовления композиционного материала. Предложен полимерный антифрикционный композиционный материал, включающий (мас.%): политетрафторэтилен (81,5-87,0); дисульфид молибдена (1,5-2,0); скрытокристаллический графит с удельной поверхностью 50-75 м2/г (6,0-10,0); углеродный наполнитель с длиной волокна 0,05-0,5 мм (4,0-7,0). 1 табл.
Полимерный антифрикционный композиционный материал, состоящий из политетрафторэтилена, дисульфида молибдена, углеродного материала, измельченного в присутствии политетрафторэтилена до длины волокон 0,05-0,50 мм, отличающийся тем, что материал содержит второй углеродный наполнитель в виде порошка скрытокристаллического графита с удельной поверхностью 50-75 м2/г, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Антифрикционный композиционный материал | 1991 |
|
SU1812190A1 |
Самосмазывающаяся полимерная композиция | 1974 |
|
SU528319A1 |
JP 7331011 A, 19.12.1995 | |||
Машков Ю.К | |||
и др | |||
Трение и модифицирование материалов трибосистем | |||
- М.: Наука, 2000, с.280. |
Авторы
Даты
2007-09-27—Публикация
2006-04-05—Подача