ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C08J5/16 C08L27/18 C08K3/04 

Описание патента на изобретение RU2454439C1

Изобретение относится к области полимерного материаловедения, а именно к разработке антифрикционных полимерных композитов, которые могут быть использованы для изготовления подшипников скольжения и других элементов узлов трения, эксплуатируемых в условиях повышенных нагрузок и скоростей скольжения.

Известны композиционные материалы для изготовления подшипников скольжения, торцевых 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 не могут эксплуатироваться в условиях повышенных нагрузок и скоростей скольжения вследствие недостаточной износостойкости, что снижает ресурс их работы.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу является высоконаполненный композит Ф4К20 на основе ПТФЭ (80 мас.%) и кокса (20 мас.%) (прототип) (Паншин Ю.А. и др. Фторопласты. Л.: Химия, 1978, С.217-219).

Обладая высокой износостойкостью, материал характеризуется повышенным значением коэффициента трения, что существенно ограничивает области применения.

Технической задачей изобретения является снижение коэффициента трения композиционного материала на основе ПТФЭ при сохранении высокой износостойкости.

Достижение положительного эффекта обеспечивается введением в ПТФЭ терморасширенного графита (ТРГ) при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Терморасширенный графит 5-15 Политетрафторэтилен остальное.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) - промышленный продукт, получаемый в соответствии с ГОСТ 10007-80, со степенью кристалличности до спекания 95-98%, после спекания 50-70% и плотностью 2170-2190 кг/м3, температурой плавления 327°С.

Терморасширенный графит на 98 мас.% состоит из элементарного углерода, на 2 мас.% из различных минералов [Информационный бюллетень по углеродным материалам (февраль). - М.: ФГУП «НИИграфит», 2003].

Технология получения ТРГ заключается в термической обработке графита в муфельной печи при 950°С в течение 2-3 мин и последующем диспергировании на лопастном смесителе со скоростью вращения ротора 3000 об/мин.

Полимерный композиционный материал получают путем смешения компонентов в лопастном смесителе с предварительной термообработкой графита.

Для получения композиции в ПТФЭ вводят ТРГ, помещая расчетную массу полимера и наполнителя в высокооборотный смеситель и смешивая до получения однородной массы. Образцы готовились холодным прессованием в пресс-форме при давлении 50 МПа с последующим свободным спеканием при температуре 370±5°С.

Сочетание ПТФЭ и терморасширенного графита позволяет получить композиционный материал, обладающий высокой износостойкостью, низким коэффициентом, при сохранении прочностных показателей по сравнению с прототипом.

Пример. 85 г политетрафторэтилена, 15 г ТРГ смешивают в лопастном смесителе до получения однородной массы. После смешения композицию выдерживают в термошкафу при температуре 100-120°С в течение 1 ч. Затем композицию помещают в пресс-форму и проводят прессование изделия при удельном давлении 50 МПа, Спекание проводили в электрической печи при температуре 370±5°С. Охлаждение спеченных изделий проводили непосредственно в печи.

Остальные примеры получения композиционного материала заявляемого состава приведены в таблице примеров.

Методики определения свойств композита

Прочностные свойства заявляемого антифрикционного материала определены на стандартных образцах (ГОСТ 11262-80). Испытания проводили на машине «Инстрон» (Англия) при скорости перемещения подвижных захватов 100 мм/мин. Триботехнические параметры определены на машине трения СМЦ-2 по схеме «вал-втулка». Нагрузка 67 Н, скорость скольжения 0,39 м/с, путь трения 7 км. Исследуемый образец-втулка диаметром 32-22 мм, высотой 21 мм, контртело - стальной вал с твердостью 45-50 HRC, шероховатостью 0,06-0,07 мкм. Результаты испытаний представлены в таблице.

Технико-экономическая эффективность

Использование заявляемого изобретения, реализуемого на стандартном оборудовании, позволяет увеличить износостойкость в 1,50-1,75 раза и снизить коэффициент трения материала в 2-5 раза при сохранении прочностных характеристик относительно прототипа Ф4К20. Оптимальное содержание наполнителя составляет 5-15 мас.%. Дальнейшее увеличение содержания наполнителя приводит к снижению прочностных и триботехнических характеристик, повышению коэффициента трения.

Применение полимерного материала триботехнического назначения заявляемого состава позволит повысить ресурс работы изделий в узлах трения машин и оборудования.

Таблица Характеристики полимерного композиционного материала, наполненных терморасширенным графитом №№ п/п Состав Содержание компонентов, мас.% Относительное удлинение при разрыве εp, % Прочность при сжатии σсж, МПа Интенсивность изнашивания I×10-6, кг/ч Коэффициент трения f 1. ПТФЭ+ТРГ 95 222 27 0,12 0,07 5 2. ПТФЭ+ТРГ 90 121 27 0,10 0,06 10 3. ПТФЭ+ТРГ 85 109 27 0,08 0,05 15 4. ПТФЭ+ТРГ 80 85 26 0,13 0,08 20 5. Ф4К20 (прототип) 80 65-120 18 0,14 0,15-0,30 20

Похожие патенты RU2454439C1

название год авторы номер документа
КОМПОЗИЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 2006
  • Охлопкова Айталина Алексеевна
  • Слепцова Сардана Афанасьевна
  • Петрова Павлина Николаевна
  • Ючюгяева Татьяна Семеновна
  • Сыромятникова Айталина Степановна
  • Бельков Игорь Алексеевич
  • Шаринов Николай Иванович
RU2319713C1
ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА 2018
  • Петрова Павлина Николаевна
  • Маркова Марфа Алексеевна
  • Аргунова Анастасия Гаврилиевна
  • Охлопкова Айталина Алексеевна
RU2675520C1
Полимерный материал триботехнического назначения 2017
  • Охлопкова Айталина Алексеевна
  • Слепцова Сардана Афанасьевна
  • Стручкова Татьяна Семеновна
  • Васильев Андрей Петрович
  • Лазарева Надежда Николаевна
  • Капитонова Юлия Валерьевна
  • Колесова Елена Семеновна
  • Алексеев Алексей Гаврильевич
  • Хайбо Ванг
  • Лианкай Ванг
  • Ян Цзяо
RU2664129C1
АНТИФРИКЦИОННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ С ТЕРМОРАСШИРЕННЫМ ГРАФИТОМ 2013
  • Попов Савва Николаевич
  • Гоголева Ольга Владимировна
  • Морова Лилия Ягьяевна
  • Охлопкова Айталина Алексеевна
RU2535216C1
БАЗАЛЬТОФТОРОПЛАСТОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 2013
  • Петрова Павлина Николаевна
  • Васильев Спиридон Васильевич
  • Охлопкова Айталина Алексеевна
  • Морова Лилия Ягьяевна
RU2552744C2
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 2000
  • Охлопкова А.А.
  • Брощева П.Н.
  • Шиц Е.Ю.
  • Попов С.Н.
  • Ючюгаева Т.С.
RU2177963C1
Полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена, механоактивированных каолина и шпинеля магния 2019
  • Лаукканен Эса Антти Самуэль
  • Тарасова Прасковья Николаевна
  • Слепцова Сардана Афанасьевна
  • Лазарева Надежда Николаевна
  • Охлопкова Айталина Алексеевна
  • Дьяконов Афанасий Алексеевич
RU2699109C1
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ 2007
  • Охлопкова Айталина Алексеевна
  • Петрова Павлина Николаевна
  • Гоголева Ольга Владимировна
  • Морова Лилия Ягьяевна
RU2354667C1
ПОЛИМЕРНЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2006
  • Машков Юрий Константинович
  • Мамаев Олег Алексеевич
  • Овчар Зиновий Николаевич
  • Зябликов Владимир Сергеевич
RU2307130C1
АНТИФРИКЦИОННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ 2005
  • Охлопкова Айталина Алексеевна
  • Попов Савва Николаевич
  • Слепцова Сардана Афанасьевна
  • Аввакумов Евгений Григорьевич
  • Винокурова Ольга Борисовна
  • Гусев Алексей Алексеевич
RU2281960C1

Реферат патента 2012 года ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ ТРИБОТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Изобретение относится к полимерному износостойкому материалу триботехнического назначения, эксплуатируемого в условиях повышенных нагрузок и скоростей скольжения, в частности для изготовления деталей тяжелонагруженных узлов трения машин и механизмов. Полимерный материал содержит политетрафторэтилен и углеродный наполнитель терморасширенный графит.Соотношение этих компонентов составляет, мас.%: терморасширенный графит (ТРГ) 5,0-15,0, политетрафторэтилен (ПТФЭ) - остальное. Использование изобретения позволяет повысить долговечность и работоспособность узлов трения за счет высокой износостойкости, низкого коэффициента трения, определяемые структурой композиционного материала. 1 табл., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 454 439 C1

Полимерный материал триботехнического назначения, содержащий политетрафторэтилен и углеродный наполнитель, отличающийся тем, что в качестве наполнителя содержит терморасширенный графит, при этом соотношение компонентов составляет, мас.%:
терморасширенный графит (ТРГ) 5,0-15,0 политетрафторэтилен (ПТФЭ) остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2454439C1

ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ФТОРОПЛАСТА-4И КОКСА 0
  • Л. В. Черещкевич, Д. Д. Чегодаев А. Н. Филиппов
SU273423A1
Полимерная композиция 1981
  • Нестор Василий Петрович
  • Федосеев Сергей Дмитриевич
  • Хабер Николай Васильевич
  • Антонов Александр Николаевич
  • Лавришин Богдан Николаевич
  • Смык Любомир Павлович
SU992542A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛЕТЕНОЙ САЛЬНИКОВОЙ НАБИВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Авдеев Виктор Васильевич
  • Агафонов Олег Викторович
  • Гамидов Мурат Зайнулаевич
  • Занегин Юрий Алексеевич
  • Ионов Сергей Геннадьевич
RU2271488C1
ФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 1993
  • Мельников В.Г.
  • Кручинин М.И.
RU2090576C1
Полимерная композиция 1988
  • Нестор Василий Петрович
  • Соколовский Михаил Федорович
  • Нестор Людмила Ильинична
  • Смык Любомир Павлович
SU1578155A1
УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ ЛЕНТА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ЛЕНТЫ 2003
  • Епишов А.П.
  • Клепцов И.П.
RU2262021C2
WO 2004109135 А1, 16.12.2004.

RU 2 454 439 C1

Авторы

Охлопкова Айталина Алексеевна

Слепцова Сардана Афанасьевна

Стручкова Татьяна Семеновна

Даты

2012-06-27Публикация

2010-11-29Подача