СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2011 года по МПК C08J5/14 C08L9/00 C08L9/02 C08L63/00 C08K3/06 C08K5/40 C08K5/47 

Изобретение относится к способу получения фрикционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок в железнодорожном и автомобильном транспорте, в подъемных кранах, муфтах сцепления, а также в качестве демпфирующих и вибропоглощающих материалов и др. целей.

Известны фрикционные полимерные материалы и способ их получения на основе бутадиеновых каучуков, содержащих вулканизирующие добавки - серу, тиурам и другие серосодержащие соединения и включающие минеральные порошки, неорганические волокна и металлическую стружку (см. Энциклопедия полимеров. Т.3. Издание Советская энциклопедия, М.: 1977, стр.786-788. Аналог 1).

Недостатками такого способа являются низкие прочностные показатели материала в связи с плохой адгезией каучука к волокнам, образование пыли из волокон, особенно асбестовых, опасных для здоровья персонала, и недостаточно высокие фрикционные свойства.

Описан также способ повышения фрикционно-износных свойств фрикционного изделия за счет предварительного деструктивного воздействия на армирующие (преимущественно полимерные) волокна (см. патент RU 2.114.332 (13) С1 Аналог 2).

Деструктивное воздействие на волокна хотя и несколько повышает адгезию каучуков к их поверхности, но несомненно приводит к уменьшению разрывной прочности полимерных волокон и к разрушению хрупких неорганических волокон, в первую очередь стеклянных. Поэтому указанный способ не позволяет существенно повысить прочностные показатели фрикционных изделий.

Более эффективный способ получения фрикционного полимерного материала описан в ближайшем прототипе (см. патент RU 2.175.335 С2 от 27.04.1999 г.). Он заключается в введении в процессе пластикации каучука эпоксидного компонента - твердого сплава эпоксидных смол с 4,4′ диоксидифенилсульфоном и фенолоформальдегидной смолой. Приведенный способ позволяет повысить прочностные показатели и износостойкость тормозного сопряжения.

Недостатком материала, получаемого в соответствии с ближайшим прототипом, является недостаточно равномерное распределение эпоксидного компонента на границе волокно-каучук и, как следствие, неполная реализация адгезионного эффекта.

В процессе эксплуатации фрикционных материалов, содержащих серу, последняя диффундирует в поверхность сопряжения, в результате чего возникают негативные сегрегационные явления, вызывающие деструкцию поверхности железнодорожного колеса.

Целью заявляемого способа является существенное повышение прочностных показателей и износостойкости фрикционных полимерных материалов, исключение образования волокнистой пыли и улучшение условий труда в процессе смешения компонентов, а также нейтрализация образующейся в процессе эксплуатации серы.

Поставленная цель достигается тем, что способ получения фрикционных полимерных материалов осуществляется путем предварительной обработки на пластификационном оборудовании бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков с дальнейшим введением вулканизирующих добавок - серы, тиурама, 2-меркаптобензтиазола, затем порошкового наполнителя, волокнистого наполнителя, пропитанного водорастворимой эпоксидной смолой, представляющей собой продукт взаимодействия смеси диановой и алифатической смол с гликолями или их производными, при соотношении волокно ÷ смола от 95÷5 до 60÷40 и специальной добавки 1-5% эмульсии жидкого карбонила переходного металла в триэтаноламине, при этом материал содержит в мас.ч.:

Каучук 100 Сера 1÷15 Тиурам 0,04÷2 2-Меркаптобензтиазол 0,3÷4 Порошковый наполнитель 10÷100 Пропитанный волокнистый наполнитель 15÷100 Эмульсия карбонила металла в триэтаноламине 0,5÷10

Пример 1

Приготовление водорастворимой эпоксидной смолы марки Этал АК-732.

В раствор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 50 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20, 30 мас.ч. эпоксидной алифатической смолы марки ТЭГ-1 (диглицидиловый эфир триэтиленгликоля) и 20 мас.ч. диэтиленгликоля. Взаимодействие компонентов происходит в результате их перемешивания при 30°С в течение 60 мин. После этого к продукту добавляют 100 мас.ч. дистиллированной воды и при 80°С перемешивают в течение 40 мин. Полученный продукт сливают в емкости и перед использованием доводят до нужной концентрации.

Пропитка волокна

В лопастной смеситель загружают 200 мас.ч. растворенной в воде эпоксидной смолы, представляющей собой тройной продукт взаимодействия смеси диановой и алифатической смол с гликолями и их производными, марки АК-732 (ТУ 2241-824-18826195-06) с содержанием сухого остатка 30%. Далее в смеситель загружают 200 мас.ч. рубленого стекловолокна (ТУ 5952-061-05763895-2003) и перемешивают в течение 10 минут. Смесь выгружают на противень и сушат до остаточного содержания воды не более 0,5%.

Получение фрикционного материала

В резиносмеситель типа РСВД 140-20 загружается 100 мас.ч. бутадиенового каучука марки СКД-2 (ГОСТ 14924), 8 мас.ч. серы, технической молотой природной сорта 9995, 1 мас.ч. тиурама (ГОСТ 740), 2 мас.ч. 2-меркаптобензтиазола (ГОСТ 739), 45 мас.ч. порошкового наполнителя, состоящего из смеси - глинозем (ГОСТ 30558), графит кристаллический (ГОСТ 5279), крошка диатомитовая обожженная (ТУ 5761-003-25310144-99), концентрат баритовый (ГОСТ 4682) в равном соотношении. Далее в резиносмеситель загружают 60 мас.ч. стекловолокна, пропитанного водорастворимой эпоксидной смолой, в соотношении стекловолокно + смола 75÷25. Перемешивание осуществляют при 80°С в течение 25 минут, после чего загружается 5 мас.ч. жидкого пентакарбонила железа в виде 2% эмульсии в триэтаноламине (ТУ 6-02-982-75).

Примеры 2÷7 осуществляют аналогично примеру 1, но с изменением состава в соответствии с таблицей 1.

Свойства получаемого фрикционного материала приведены в таблице 2.

Заявляемый способ позволяет значительно повысить прочностные показатели получаемых фрикционных материалов (см. таблицу 2) и нейтрализовать в основном выделяющуюся в процессе эксплуатации серу. Волокна, пропитанные водным раствором эпоксидной смолы, в отличие от непропитанных несравненно лучше сохраняются в процессе смешения с каучуком. Например, стеклянное волокно на вальцах или в резиносмесителе разрушается до размеров длиной менее 0,5 мм, а пропитанное практически сохраняет свой исходный размер, что является важнейшим фактором повышения армирующего эффекта.

Не менее важным является устранение пылеобразования при использовании водного раствора эпоксидной смолы.

Введение в состав материала эпоксидной смолы весьма существенно повышает адгезию каучука к волокну и металлическому каркасу тормозной колодки.

Таблица 2 Свойства изделий, получаемых из фрикционных полимерных материалов по примерам 1÷7 в сравнении с аналогом и прототипом № Наименование показателя Величина показателя 1 2 3 4 5 6 7 Аналог 1 Энциклопедия полимеров Прототип RU 2.175.335 1 Прочность при изгибе, МПа 100 90 105 98 98 100 108 15 65 2 Прочность при растяжении, МПа 76 80 85 88 86 90 92 35 37 3 Коэффициент трения по ГОСТ 10791 0,54 0,52 0,53 0,52 0,52 0,52 0,49 0,38 0,56 4 Износ по ГОСТ 10791 0,07 0,06 0,06 0,07 0,06 0,07 0,06 0,11 0,05 5 Содержание свободной серы через 6 месяцев эксплуатации, % от веса материала <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 - 0,2

Изобретение относится к способу получения фрикционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении тормозных колодок в железнодорожном и автомобильном транспорте, в подъемных кранах, муфтах сцепления, а также в качестве демпфирующих и вибропоглощающих материалов. Способ заключается в предварительной обработке бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков на пластификационном оборудовании с дальнейшим введением вулканизирующих добавок - серы, тиурама, 2-меркаптобензтиазола, затем порошкового наполнителя, волокнистого наполнителя, пропитанного водорастворимой эпоксидной смолой, представляющей собой продукт взаимодействия смеси диановой и алифатической смол с гликолями или их производными. При этом соотношение волокно-смола составляет от 95-5 до 60-40. Затем вводят специальную добавку 1-5% эмульсии жидкого карбонила переходного металла в триэтаноламине. При этом материал содержит, мас.ч.: каучук 100, сера 1-15, тиурам 0,04-2,0, 2-меркаптобензтиазол 0,3-4,0, порошковый наполнитель 10-100, пропитанный волокнистый наполнитель 15-100, эмульсия карбонила металла - 0,5-10,0. Изобретение позволяет повысить прочностные показатели и износостойкость фрикционных полимерных материалов, улучшить условия труда в процессе смешения компонентов. 2 табл.

Способ получения фрикционных полимерных материалов, заключающийся в предварительной обработке на пластификационном оборудовании бутадиеновых или бутадиеннитрильных каучуков с дальнейшим введением вулканизирующих добавок - серы, тиурама, 2-меркаптобензтиазола, затем порошкового наполнителя, волокнистого наполнителя, пропитанного водорастворимой эпоксидной смолой, представляющей собой продукт взаимодействия смеси диановой и алифатической смол с гликолями или их производными, при соотношении волокно-смола от 95-5 до 60-40 и специальной добавки 1-5% эмульсии жидкого карбонила переходного металла в триэтаноламине, при этом материал содержит, мас.ч.:
каучук 100 сера 1-15 тиурам 0,04-2,0 2-меркаптобензтиазол 0,3-4,0 порошковый наполнитель 10-100 пропитанный волокнистый наполнитель 15-100 эмульсия карбонила металла в триэтаноламине 0,5-10,0