АНТИФРИКЦИОННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2012 года по МПК C08J5/16 C08L77/02 C08K3/04 C08K3/22 B81B1/00 

Изобретение относится к антифрикционным полимерным композициям на основе полиамидов и может быть использовано в качестве материала для подшипников скольжения, применяемых в машиностроении, автомобилестроении и конвейерах различных отраслей промышленности.

Известна антифрикционная композиция на основе полиамида, содержащая графит, салицилальимин меди и пластичную смазку (патент РФ №2046811, C08L 77/06, С08К 13/02 // (С08К 13/02, 3:04, 3:30, 5:01, 5:16, 6:26), 1995 г.). Композиция относится к самосмазывающимся материалам, но обладает недостаточно высокими антифрикционными свойствами.

Известна также антифрикционная самосмазывающаяся композиция, содержащая полиамид, графит, закись меди, абиетиновую кислоту, вазелиновое масло, пластичную смазку и медные волокна (патент РФ №99111028, C08J 5/16, C08L 77/00, С10М 107/44, 2001 г.). Композиция обладает высокими механическими характеристиками, но недостаточно высокой износостойкостью.

Наиболее близким техническим решением является антифрикционная полимерная композиция на основе полиамида, содержащая графит и медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида (Авторское свидетельство СССР №1553544, C08J 5/16, C08L 77/02, С08К 13/02 (С08К 13/02, 3:04, 5:40), 1990 г.), которая обладает стабильностью коэффициента трения.

Однако известные композиции на основе полиамидов обладают недостаточно высокими триботехническими характеристиками.

Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости и антифрикционных свойств антифрикционной полимерной композиции.

Технический результат достигается тем, что антифрикционная полимерная композиция, включающая полиамид, графит, медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида и модифицирующую добавку, в качестве модифицирующей добавки содержит нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец (в соотношениях медь:марганец от 1:3 до 2:1) при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

Графит 3-15 Медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида 0,5-3 Нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец 0,03-0,5 Полиамид остальное.

Компонентами композиции являются вещества технической степени чистоты. В качестве полиамида могут применяться различные полиамиды, например П-66 (МРТУ 6-06-379-74) или П-68 (ГОСТ 10589-73).

В качестве добавок используют графит С-1 (ГОСТ 17022-81) и медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида (меркупраль, ТУ 6-09-07-491-75).

Модифицирующая добавка - нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец синтезированы по известной методике, описанной в литературе [1], основанной на стандартных методах получения нанопорошков [2, 3].

Пример 1

Получение нанодисперсных смешанных оксидов медь-марганец

Нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец получены следующим образом. Раствор 14,04 г CuSO₄·5H₂O (ГОСТ 4165-78) в 150 мл дистиллированной воды смешивали с 150 мл водного раствора, содержащего 17,43 г KI (ГОСТ 4232-74). К полученному осадку CuI₂ прибавляли раствор 5,53 г КМnO₄ (ГОСТ 20490-75) в 70 мл воды. Все реактивы марки ч.д.а. Полученный гель промывали дистиллированной водой и сушили при температуре 80°С. Полученный продукт представляет собой порошок черного цвета смешанных оксидов медь-марганец с размерами частиц от 50 до 250 нм, определенными с помощью атомно-силового микроскопа NanoEducator. Выход 5,86 г (78%). Соотношение медь:марганец равно 2:1.

Синтез описан в литературе [1].

Содержание меди и марганца определяли аналитическими методами по известным методикам, описанным в литературе [4].

Изготовление антифрикционной композиции

В быстроходном смесителе смешивают 30 г графита С-1, 10 г меркупраля и 1 г нанодисперсных смешанных оксидов медь-марганец до получения равномерного распределения ингредиентов. Полученную смесь перемешивают с 959 г крошки полиамида П-66 и засыпают в шнековую литьевую машину. Методом литья под давлением 100-200 МПа при температуре 275-280°С получают образцы композиции в форме требуемого изделия.

Примеры 2-11 осуществляют, как описано в примере 1.

Испытания проводят на машине торцевого трения типа АЕ-5 при скорости скольжения 0,8 м, нагрузке 5 МПа и времени испытаний 3 часа. Материал контртела - сталь-45. Определяют коэффициент трения (f_тр.) и интенсивность изнашивания (I_g). Составы заявляемой композиции (примеры 1-10) и композиции прототипа, а также результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица Состав и свойства антифрикционной полимерной композиции № пп Марка полиамида Состав, % Соотношение Cu:Mn f_тр. I_g, мг/км полиамид графит С-1 меркупраль оксиды Cu-Mn 1 П-66 95,90 3,0 1,0 0,10 2:1 0,12 8,2 2 П-68 93,20 5,0 1,5 0,30 1:3 0,10 5,8 3 П-68 84,00 15,0 0,5 0.50 2:1 0,12 8,7 4 П-66 86,97 10,0 3,0 0,03 1:1 0,14 6,2 5 П-66 88,99 10,0 1,0 0,01 1:1 0,16 12,5 6 П-66 88,2 10,0 1,0 0,80 1:1 0,15 11,6 7 П-68 89,8 10,0 0,1 0.10 1:1 0,16 12,8 8 П-68 83,9 10,0 6,0 0,10 1:1 0,15 12,0 9 П-66 97,7 1,0 1,0 0,30 1:1 0,15 12,3 10 П-66 73,7 25,0 1,0 0,30 1:1 0,15 11,7 11 П-66 88,50 10,0 1,5 - - 0,16 12,7

Для сравнения в таблице в примере 11 приведены результаты испытаний антифрикционной полимерной композиции, соответствующие составу прототипа (Авторское свидетельство СССР №1553544, C08J 5/16, C08L 77/02, С08К 13/02 (С08К 13/02, 3:04, 5:40), 1990 г.).

Как видно из данных таблицы, значения коэффициента трения уменьшаются на 12-38%, а интенсивности износа - в 1,5-2 раза (примеры 1-4) по сравнению с прототипом (пример 11).

Таким образом, заявляемая антифрикционная полимерная композиция обладает высокими триботехническими характеристиками (коэффициент трения 0,10-0,14 и интенсивность износа 6,2-8,7 мг/км при нагрузке 5 МПа и скорости скольжения 0,8 м/с).

Литература

1. Колесников В.И., Коган В.А., Булгаревич С.Б., Бойко М.В., Савенкова М.А., Акимова Е.Е. Модификация оксидных пленок на поверхности железа и его сплавов, в том числе наночастицами, с целью улучшения эксплуатационных свойств материала // Вестник Южного научного центра РАН. Т.5. №2. 2009. С.34-42.

2. Сергеев Г.Б. Нанохимия. Учебное пособие. 3-е изд - М.: Книжный дом Университет (КДУ), 2009. - 336 с.

3. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. - М.: Физматлит, 2009. - 416 с.

4. Основы аналитической химии. Практическое руководство: Учебное пособие для вузов / В.И.Фадеева, Т.Н.Шеховцова, В.М.Иванов и др.; Под. ред. Ю.А.Золотова - М.: Высшая школа, 2001. - 463 с. (Определение меди комплексонометрическим методом с.244-245. Определение больших количеств марганца в виде перманганата с.427-428.).

Изобретение относится к антифрикционным полимерным композициям на основе полиамидов. Композиция содержит мас.%: графит - 3-15, медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида - 0,5-3, нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец (при соотношении медь:марганец 1:3-2:1) - 0,03-0,5, полиамид - остальное. Изобретение позволяет получить композиции с коэффициентом трения 0,1-0,14, интенсивностью изнашивания 6,2-8,7 мг/км при нагрузке 5 МПа и скорости скольжения 0,8 м/с. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 11 пр.

1. Антифрикционная полимерная композиция, включающая полиамид, графит, медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида и модифицирующую добавку, отличающаяся тем, что в качестве модифицирующей добавки она содержит нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
графит 3-15 медный комплекс тетраэтилтиурамдисульфида 0,5-3 нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец 0,03-0,5 полиамид остальное

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что нанодисперсные смешанные оксиды медь-марганец содержат медь и марганец в соотношениях 1:3-2:1.