СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО ФРИКЦИОННОГО ПРЕСС-МАТЕРИАЛА Российский патент 2013 года по МПК C08J5/14 C08L61/10 C08L63/00 C08K13/02 

Изобретение относится к области получения фрикционных пресс-материалов на основе водно-эмульсионных и водно-спиртовых фенолоформальдегидных смол, содержащих в качестве наполнителя неорганическое волокно и минеральный порошок, и может быть использовано при изготовлении тормозных накладок, дисков сцепления, а также при изготовлении высокопрочных конструкционных материалов для машиностроения, электротехники и других целей.

Известен фрикционный материал и способ его получения путем смешения фенолоформальдегидных смол с минеральными волокнами и минеральными порошками с использованием «технологической жидкости», например ацетона с последующей сушкой массы при Т=60÷80°С (см. Решение о выдаче патента России по заявке 2005.106961/04 (008436) от 10.03.2005 г.). Недостатками такого решения являются крайне низкие прочностные показатели по сравнению с другими армированными пластиками, т.е. при таком способе не реализуется возможность повысить прочность при сжатии и ударную вязкость материала в десятки раз, что характерно для композитов, содержащих стеклянное или базальтовое волокно.

Даже фенолоформальдегидные пресс-порошки, наполненные только древесной мукой или минеральным порошком, имеют величину разрушающего напряжения при сжатии в 2 раза выше, чем у аналога.

Кроме того, использование растворителей типа ацетона ухудшают условия труда и экологическую обстановку.

Ближайшим прототипом заявляемого решения является композиция и способ получения фрикционного пресс-материла на основе водно-эмульсионных или водно-спиртовых фенолоформальдегидных смол с введением модифицирующей добавки на основе продукта взаимодействия борного ангидрида и эпоксидированного фенолоформальдегидного конденсата, полученного в среде этилцеллозольва (см. Патент РФ №2280654 от 28 марта 2005 г.).

Фрикционный пресс-материал, получаемый по указанному патенту, превышает по прочностным показателям все известные материалы такого типа.

Однако и при изготовлении такого пресс-материала также недостаточно реализуется армирующий эффект сравнительно дорогих стеклянного и базальтового волокон. Кроме того, в процессе получения модифицирующей добавки используется органический растворитель.

Технической задачей заявляемого изобретения является многократное повышение прочностных свойств фрикционного пресс-материала на основе фенолоформальдегидных смол и исключение органических растворителей из процесса его получения.

Поставленная задача решается за счет получения водорастворимого эпоксидного модификатора путем взаимодействия жидкой эпоксидной диановой смолы с М.М.=340÷600 (А) с полиэтиленгликолем с М.М. 350÷3600 (Б) и технической смесью диоксановых спиртов (В) при соотношении А:Б:В от 60:25:15 до 90:5:5 в присутствии катализатора - третичного амина в количестве 0,1÷3% от веса (А+Б+В) при температуре 60÷90°С и постоянном перемешивании в течение 1÷3 часа с последующим введением 20÷80% водного раствора модификатора и смазки в состав водно-эмульсионной или водно-спиртовой фенолоформальдегидной смолы путем перемешивания без подогрева в цеховых условиях до гомогенного состояния с дальнейшим перемешиванием наполнителей и сушкой для удаления воды до остатка не более 3%, с последующим таблетированием и прессованием при 140-180°С, удельном давлением 10-23 МПа, выдержке 1-3 мин на 1 мм толщины пресс-изделия, при этом пресс-материал содержит (мас.ч.):

фенолоформальдегидная смола   в пересчете на сухую массу 100 модификатор в пересчете   на сухую массу 20÷120 неорганический волокнистый наполнитель 40÷300 минеральный порошок 10÷90 смазка 1÷8

Пример 1.

Получение модификатора

В реактор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают 100 мас.ч. смеси эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 с М.М. 400 (А), полиэтиленгликоля с М.М. 2000 (Б) и технической смеси диоксановых спиртов марки Т-66, представляющей собой смесь трех изомеров 4-метил-4-(2 гидроксиэтил)-1,3 диоксана, 4,4'-диметил-5 гидроксиметил-1,3 диоксана, 5-(2-гидрокси-2 пропил)-1,3 диоксана в разных соотношениях (описаны в А.С. СССР №597696, 1976 г.) (В) в соотношении А:Б:В=25:15:10. Смесь перемешивают в течение 2-х часов при температуре 75°С. При этом происходит взаимодействие компонентов и образуется сополимер, легко растворимый в воде. К полученному продукту взаимодействия добавляют 200 мас.ч. дистиллированной воды и перемешивают до получения гомогенного раствора.

Получение пресс-материала

В лопастной смеситель загружают 100 мас.ч. (на сухую массу) водно-эмульсионной фенолоформальдегидной смолы - бакелит жидкий марки БЖ-1, после чего добавляют 60 мас.ч. (на сухой продукт) 50% водного раствора модификатора и перемешивают в течение 15 мин. Далее постепенно вводят 170 мас.ч. рубленого стекловолокна из бесщелочного стекла диаметром 13 микрон и после перемешивания добавляют 50 мас.ч. минерального порошка - каолина и 4,5 мас.ч. смазки - стеарата цинка и перемешивают до получения однородной массы.

Полученную массу отжимают для удаления избытка воды, затем подвергают сушке в вакуумно-сушильных шкафах в течение 60 мин при 80°С. После этого материал таблетируют при температуре 40°С, а затем прессуют в изделия при 150°С, удельном давлении 15 МПа и выдержке 1 мин/мм толщины.

Примеры 2÷7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров и компонентов в соответствии с таблицей 1.

Свойства полученного по заявляемому способу фрикционного пресс-материала в сравнении с прототипом и аналогом приведены в таблице 2, из которой видны существенные преимущества заявляемого пресс-материала, особенно по показателю ударной вязкости.

Таблица 1 Условия выполнения заявляемого способа по примерам 2÷7 № п/п Наименование параметра или компонента Величина параметра и вид компонента по примерам 2 3 4 5 6 7   Условия получения водорастворимого эпоксидного модификатора   1. Соотношение компонентов А:Б:В 60:25:15 90:5:5 75:15:10 75:15:10 75:15:10 75:15:10 2. Марка и М.М. эпоксидной диановой смолы ЭД-22
М.М. 340 ЭД-16
М.М. 600 ЭД-20
М.М. 400 ЭД-20
М.М. 400 ЭД-20
М.М. 400 ЭД-20 М.М. 400 3. М.М. полиэтиленгликоля 2000 2000 2000 350 3600 2000 4. Вид и количество катализатора, % Триэтанол амин, 1,5 Триэтанол амин, 1,5 Тризтанол амин, 1,5 Триэтанол амин, 1,5 Диметил анилин, 3 Трис(Диме
Тиламино
метил)
фенол, 0,1 5. Температура и время взаимодействия 75°С/2 часа 75°С/2 часа 75°С/2 часа 60°С/3 часа 80°С/1 час 75°С/2 часа 6. Концентрация модификатора в воде, % 30 30 30 30 10 50   Условия получения связующего фрикционного пресс-материала и пресс-изделий   1. Количество модификатора на 100 масс.ч. фенолоформальдегидной смолы в пересчете на сухие компоненты 120 20 70 70 70 70 2. Вид и количество (мас.ч.) неорганического волокна на 100 мас.ч. фенолоформальдегидной смолы 300 рубленый стеклоровинг 40 рубленый стеклоровинг 170 стеклоровинг 170 стеклоровинг 170 смесь стеклоровин
га и базальтового волокна 170 базальтовое волокно 3. Вид и количество минерального порошка 10 аэросил 90 маршалит 50 тальк 50 смесь технического углерода и диоксида кремния 50 смесь технического углерода и диоксида кремния 50 смесь техническо
го углерода и диоксида кремния 4. Вид и количество смазки 4,5 стеарат кальция 4,5 стеарат цинка 4,5 стеариновая кислота 4,5 стеариновая кислота 1 стеариновая кислота 8 олеиновая кислота 5. Режим прессования, Температура, °С / удельное давление, МПа / выдержка, мин/мм 180/10/1 140/23/2 150/20/1 150/20/3 150/20/1 150/20/15 6. Температура таблетирования, С° 30 50 40 40 40 40

Таблица 2 Свойства заявляемого фрикционного пресс-материала, полученного по примерам 2-7 в сравнении с прототипом и аналогом Наименование показателей Величина показателя Прототип Патент РФ№ 2208654 Аналог решение по заявке 2005. 106961/04 от 10.03.2005 г. 1 2 3 4 5 6 7 Прочность, МПа                   при изгибе 161÷167 - 390 400 410 380 370 420 380 при растяжении 72÷75 - 210 230 220 215 210 230 210 при срезе 42÷48 - 84 86 82 86 83 85 82 при сжатии 108÷110 36-91 230 240 220 230 220 210 230 Ударная вязкость, КДж/м² 15÷20 4,2-12 45 52 48 46 45 43 46 Относительная интенсивность изнашивания, I·10^-8 (скорость скольжения 2 м/с, удельная нагрузка 1,0 МПа) - - 4,8-5,0 2,4-2,6 3,6-4,0 3,8-4,1 4,3-5,0 3,8-4,2 3,5-4,0 Коэффициент трения (скорость скольжения 2 м/с, удельная нагрузка 1,0 МПа) 0,48-0,50 0,47-0,49 0,42-0,46 0,43-0,45 0,46-0,49 0,43-0,45 0,45-0,48 0,41-0,44 0,43-0,46

Изобретение относится к получению фрикционных пресс-материалов, которые могут использоваться при изготовлении тормозных накладок, дисков сцепления, а также при изготовлении высокопрочных конструкционных материалов для машиностроения, электротехники и других целей. Способ включает стадию введения водного раствора модификатора и смазки в состав водно-эмульсионной или водно-спиртовой фенолоформальдегидной смолы путем перемешивания до гомогенного состояния. Затем полученный продукт перемешивают с неорганическим волокнистым наполнителем и минеральным порошком, сушат, таблетируют и прессуют. В качестве модификатора применяют водорастворимую эпоксидную смолу, полученную взаимодействием эпоксидной диановой смолы с полиэтиленгликолем и технической смесью диаксановых спиртов в присутствии третичного амина. Соотношение компонентов следующее, мас.ч.: фенолоформальдегидная смола в пересчете на сухую массу 100, модификатор в пересчете на сухую массу 20÷120, неорганический волокнистый наполнитель 40÷300, минеральный порошок 10÷90, смазка - 1÷8. Данное изобретение позволяет многократно повысить прочностные свойства фрикционного пресс-материала на основе фенолоформальдегидных смол и исключить органические растворители из процесса его получения. 2 табл., 7 пр.

Способ получения высокопрочного фрикционного пресс-материала, включающий стадию приготовления связующего на основе водно-эмульсионной или водно-спиртовой фенолоформальдегидной смолы и модифицирующей эпоксидной добавки, с последующим введением неорганического волокнистого наполнителя, минерального порошка и смазки, отличающийся тем, что в качестве модификатора применяют водорастворимую эпоксидную смолу, полученную взаимодействием эпоксидной диановой смолы с молекулярной массой 340÷600 (А) с полиэтиленгликолем с молекулярной массой 350÷3600 (Б) и технической смесью диоксановых спиртов (В) в соотношении А:Б:В от 60:25:15 до 90:5:5 в присутствии третичного амина в количестве 0,1÷3% от веса (А+Б+В) путем перемешивания при 60÷90°С в течение 1÷3 ч с последующим введением 20÷80% водного раствора модификатора и смазки в состав водно-эмульсионной или водно-спиртовой фенолоформальдегидной смолы путем перемешивания без подогрева в течение 15 мин до гомогенного состояния с дальнейшим перемешиванием полученного продукта с неорганическим волокнистым наполнителем и минеральными порошками в смесительном оборудовании и сушкой для удаления воды до остатка не более 3% с последующим таблетированием и прессованием при 140-180°С, удельном давлении 10-23 МПа, выдержке 1-3 мин на 1 мм толщины пресс-изделия, при этом пресс-материал содержит, мас.ч.:
фенолоформальдегидная смола,   в пересчете на сухую массу 100 модификатор, в пересчете на сухую массу 20÷120 неорганический волокнистый наполнитель 40÷300 минеральный порошок 10÷90 смазка 1÷8