СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ ВСТАВОК ПОДПЯТНИКА ТЕЛЕЖКИ ВАГОНА Российский патент 2013 года по МПК B61F5/16 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к опорам кузова вагона на тележку, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, строительстве и др.отраслях техники.

Ближайшим прототипом заявляемого решения является, раскрытый в патенте RU 2240940 С2 способ изготовления металлополимерных вставок, на поверхности которых, взаимодействующие с пятником и шкворнем, наносят антифрикционное высокопрочное полимерное покрытие из полиуретана литьевой марки СКУ-ПФА-100 или его аналога, армированное стекловолокном, кордом или кевларом и подвергнутое полимеризации при 140°С.

Недостатками прототипа являются сложная технология и большая трудоемкость нанесения полимерного покрытия с использованием дорогостоящего оборудования и оснастки, применения высоких температур полимеризации (140°С), сравнительно невысокие упругопрочностные свойства и низкая адгезия к металлу полимерного покрытия, не обеспечивающие их эксплуатационную надежность.

Целью заявляемого изобретения является значительное упрощение технологии изготовления вставок с композитным покрытием, а также повышение упругопрочностных показателей и адгезии к металлу антифрикционного композитного покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что перед нанесением покрытия поверхности подвергаются обработке фосфатирующим составом, после чего методом контактного формования наносят пастообразный композитный эпоксидный состав, приготовленный в производственных условиях и поставляемый в виде двух компонентов - первого - смоляной части, состоящей из эпоксидной смолы (А), активного эпоксидного разбавителя (Б), нетоксичной алифатической или ароматической оксикислоты (В) в соотношении А:Б:В от 96:3,9:0,1 до 50:40:10, в которую вводят смесь антифрикционных порошкового (Г) и волокнистого наполнителей (Д) в соотношении Г:Д от 98:2 до 60:40 в количестве (А+Б+В):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, и второго - отверждающей части, состоящей из нетоксичного аддукта, полученного взаимодействием алифатического или ароматического ди- или полиамина с эпоксидной диановой смолой с молекулярной массой от 400 до 2500 при 8-20-кратном мольном избытке амина и нетоксичного и нелетучего ди- или многоатомного спирта при соотношении аддукт:спирт от 98:2 до 60:40 и смеси тех же наполнителей Г и Д в соотношении (аддукт+спирт):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, при этом оба компонента - смоляную часть и отверждающую - за счет регулирования соотношения входящих ингредиентов изготавливают равными по объему и весу с точностью до 5%, которые смешивают непосредственно перед применением и наносят после смешения вручную или на пластификационном оборудовании, оставляя после нанесения отверждаться при температуре от -10°С до +55°С в течение от 2 до 24 часов или при нагреве до 70-100°С от 7 до 8 минут.

Пример 1

Получение композитного материала нигде не описано и впервые разработано авторами как составная часть заявляемого изобретения.

Получение смоляной части.

В реактор, снабженный обогревом и быстроходной мешалкой, загружают 73 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 (А), 22 мас. ч. активного разбавителя - диглицидинового эфира триэтиленгликоля марки ТЭГ-1 (Б) и 5 мас. ч. безвредной молочной кислоты (В). Смесь перемешивают при температуре 70°С в течение 10 минут при скорости мешалки 500 оборотов в минуту. Полученную смесь охлаждают до температуры производственного помещения (+20°С) и загружают в лопастной Z-образный смеситель. Затем в этот же смеситель добавляют порошок графита (Г) и рубленое высокомодульное полиамидное волокно марки СВС (Д) в соотношении Г:Д=80:20 с и соотношением (А+Б+В):(Г+Д)=50:50. После перемешивания в течение 30 минут при 20°С полученную пастообразную смоляную часть расфасовывают и упаковывают в виде плоских прямоугольных образцов весом по 250 г и затем комплектуют с отверждающей частью.

Получение отверждающей части.

В другой реактор загружают нагретый до 70°С расплав метафенилендиамина в количестве 90 мас.ч., а затем к нему добавляют постепенно в течение 10 минут, 100 мас.ч. расплава эпоксидной диановой смолы марки ЭД-8 с молекулярной массой 1100, т.е при 14- кратном мольном избытке метафенилендиамина по отношению к смоле. После перемешивания в течение 20 минут при 70°С образуется аддукт. К аддукту в количестве 190 мас.ч. добавляют 38 мас.ч. нетоксичного 3- атомного спирта - глицерина (соотношение аддукт:глицерин=80:20). Полученную смесь охлаждают до +20°С и направляют в Z-образный лопастной смеситель для перемешивания с теми же наполнителями (Г+Д), что вводят в смоляную часть при соотношении (аддукт+глицерин): (Г+Д)=50:50.

После перемешивания при +20°С в течение 30 минут полученную отверждающую часть расфасовывают по 250 г и упаковывают в виде плоских прямоугольных образцов в полиэтиленовую пленку с последующей комплектацией со смоляной частью.

Нанесение покрытия

Металлическую поверхность тарели предварительно обрабатывают фосфатирующим модификатором ржавчины на основе ортофосфорной кислоты марки СФ1 (ПТУ 212-002-18817747-2001), затем используют комплекты, состоящие из 2 равных по весу и объему частей - смоляной и отверждающей, имеющей допустимый срок хранения не менее 6 месяцев, поставляемых потребителю на любые расстояния.

Перед использованием комплекта с обоих компонентов снимают упаковочную пленку, а затем оба компонента перемешивают путем совместного разминания вручную или на пластификационном оборудовании, вальцах или шнековых машинах в течение 5 минут.

Перемешанная масса сохраняет жизнеспособность в течение 60 минут.

Полученную пастообразную массу наносят на металлическую поверхность тарели шприцем или вручную. За счет экзотерической реакции в начале отверждения масса разогревается и приобретает хорошую растекаемость. Отверждение при 20°С происходит без выделения летучих и с незначительной усадкой - не более 0,05% в течение 3 часов. Прогрев горячим воздухом до 80°С сокращает время отверждения до 3 минут.

Примеры 2-7 осуществляют аналогично примеру 1 с изменением параметров и применяемых соединений в соответствии с таблицей 1.

Свойства антифрикционных материалов, полученных по заявленному способу, приведены в таблице 2.

Таблица 1 Условия осуществления заявляемого способа по примерам 2-7   Наименование входящего ингредиента или параметра Величина показателя по примерам и для прототипа 2 3 4 5 6 7 Получение смоляной части (первого компонента) 1 Вид эпоксидной смолы (А) диглицидилфталат (марка ДГФ) тетраглицидиловое производное 3,3'дихлор-4,4'диаминодифенил метана (марка ЭХД) эпоксидированный феноло-формальдегидный новолак (марка УП-643) Триглицидилизо-цианурат (марки ЭЦ) диглицидиловый эфир 4,4'диоксифенилсуль-фона (марка ФОУ-12) 2 Вид активного эпоксидного разбавителя (Б) диглицидиловый эфир полиэпихлоргидрина (марка Э-181) триглицидиловый эфир этриола (марка ЭЭТ-1) диглицидиловый эфир диэтиленгликоля (марка ДЭГ-1) эпоксидированный полипропиленгликоль (марка Лапроксид 703) 3 Вид кислоты (В) лимонная винная пара-оксибензойная молочная орто-оксибензойная (салициловая) 4 Соотношение А:Б:В 73:22:5 73:22:5 73:22:5 73:22:5 96:3,9:0,1 50:40:10 5 Параметры смешения А+Б+В   температура, °С 80 50 50 50 70 80 время, мин 10 30 20 20 20 80 скорость мешалки, обороты/мин 500 1000 1000 100 500 1500 6 Вид порошкового наполнителя (Г) сульфид молибдена порошок тетрафтор-этилена тальк порошок бронзы порошковый концентрат на основе графита и дисульфида молибдена

7 Вид волокнистого наполнителя и длина рубленого волокна (Д) углеродное волокно, длина 10 мм высоко модульное полиамидное волокно марки СВМ, длина 20 мм фторлоновое волокно, длина 70 мм капроновое волокно, длина 5 мм волокно "Арселон", длина 10 мм 8 Соотношение Г:Д 80:20 80:20 80:20 80:20 98:2 60:40 9 Соотношение (А+Б+В):(Г:Д) 50:50 50:50 50:50 50:50 80:20 20:80 10 Вес первого компонента, мас.ч. 100 400 100 100 100 100 Получение отверждающей части/второго компонента 1 Вид амина для получения аддукта 4,4'диаминодифенил-метан полиэтилен полиамина (ПЭПА) Метафенилен-диамин парааминобензил-анилин диэтилентриамин триэтилентетраамин 2 Марка и молекулярная масса (М.М) эпоксидной диановой смолы для получения аддукта смола ЭД-16 смола ЭД-20 смола Э-49 смола ЭД-20 смола Э-45 смола ЭД-8 М.М 500 М.М 400 М.М 2500 М.М 400 М.М 1500 М.М 1100 3 Кратность мольного избытка амина при получении аддукта 12 12 12 12 8 20 4 Режим получения аддукта и смешения со спиртом   температура, °С 80 80 80 80 60 40

  время, мин+время смешения со спиртом, мин 20+10 20+10 20+10 20+10 30+10 100+10 скорость мешалки, обороты/мин 500 1000 1000 1000 1500 1500 5 Вид и ди- или многоатомного спирта триэтиленгликоль этриал глицерин пентаэритрит арабиноза глицерин 6 Соотношение порошкового и волокнистого наполнителей Г:Д 80:20 80:20 80:20 80:20 98:2 60:40 7 Соотношение (аддукт+спирт):(Г+Д) 50:50 50:50 50:50 50:50 80:20 20:80 8 Режим смешивания аддукт со спиртом с наполнителями   температура, °С 20 20 20 20 15 30 время, мин 30 30 30 30 20 40 9 Вес второго компонента, мас.ч. 100 400 100 100 100 100 Нанесение покрытия 1 Вид фосфотирую
щего состава железофосфатный состав марки КФА-8 цинкфосфатный состав, концентрат КФА-8 цинк-барийфосфатный на основе смеси фосфатной и азотной кислот 2 Время смешения смоляной и отверждающей частей, мин 5 3 10 5 5 5 3 Режим отверждения покрытия   температура, °С 20 20 +55 -10 95 70 время 10 часов 10 часов 1 час 24 часа 1 минута 6 минут

Таблица 2 Свойства покрытий, нанесенных на вставку по примерам 1-7 в сравнении с прототипом.   Наименование показателя Величина показателя по примерам и для прототипа 1 2 3 4 5 6 7 Прототип 1 Стабильность при хранении в складских условиях не менее 6 месяцев 2 Минимальная допустимая температура отверждения, °С -10 +5 0 +10 +5 +5 +55 140 3 Время отверждения при минимальной температуре, ч 24 6 10 2 2 2 1 4 4 Время отверждения при 80°С и толщине 2 мм, мин 0,5 1 0,5 1 1 1 1 не отверждается 5 Удельное давление при формовке, МПа 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,002 0,21 20 6 Предел прочности при растяжении, МПа 190 210 280 250 250 190 250 1120 7 Модуль упругости при растяжении, МПа 6000 5500 7000 6100 6200 6000 6300 2500 8 Предел прочности при отрыве покрытия от стали, МПа 60 55 62 66 54 58 62 16 9 Коэффициент трения (v=15 м/с Р=4 МПа) 0,11 0,12 0,13 0,11 0,12 0,11 0,12 0,11-0,14

Стальную сердцевину подпятника перед нанесением покрытия обрабатывают фосфотирующим составом. Методом контактного формования наносят слой пастообразного эпоксидного композита в виде двух компонентов. Первый компонент состоит из эпоксидной смолы, активного эпоксидного разбавителя, нетоксичной алифатической или ароматической оксикислоты, в которую вводят смесь антифрикционных порошкового и волокнистого наполнителей. Второй компонент состоит из нетоксичного аддукта, полученного взаимодействием алифатического или ароматического ди- или полиамина с эпоксидной диановой смолой и нетоксичного и нелетучего ди- или многоатомного спирта. Оба компонента - смоляную часть и отверждающую часть - изготавливают равными по объему и весу, смешивают непосредственно перед применением и наносят на стальную сердцевину подпятника, оставляя после нанесения отверждаться. Обеспечивается высокопрочное антифрикционное покрытие подпятника. 2 табл.

Способ изготовления антифрикционных вставок подпятника тележки вагона, включающий процесс нанесения антифрикционного покрытия на стальную сердцевину в форме тарели, имеющей отверстия с образованием сплошной рабочей поверхности тарели, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия поверхности подвергаются обработке фосфатирующим составом, после чего методом контактного формофания наносят пастообразный композитный эпоксидный состав, приготовленный в производственных условиях и поставляемый в виде двух компонентов - первого - смоляной части, состоящей из эпоксидной смолы (А), активного эпоксидного разбавителя (Б), нетоксичной алифатической или ароматической оксикислоты (В) в соотношении А:Б:В от 96:3,9:0,1 до 50:40:10, в которую вводят смесь антифрикционных порошкового (Г) и волокнистого (Д) наполнителей в соотношении Г:Д от 98:2 до 60:40 в количестве (А+Б+В):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, и второго - отверждающей части, состоящей из нетоксичного аддукта, полученного взаимодействием алифатического или ароматического ди- или полиамина с эпоксидной диановой смолой с молекулярной массой от 400 до 2500 при 8-20-кратном мольном избытке амина и нетоксичного и нелетучего ди- или многоатомного спирта при соотношении аддукт:спирт от 98:2 до 60:40 и смеси тех же наполнителей Г и Д в соотношении (аддукт+спирт):(Г+Д) от 80:20 до 20:80, при этом оба компонента - смоляную часть и отверждающую - за счет регулирования соотношения входящих ингредиентов изготавливают равными по объему и весу с точностью до 5%, которые смешивают непосредственно перед применением и наносят после смешения вручную или на пластификационном оборудовании, оставляя после нанесения отверждаться при температуре от -10°С до +55°С в течение от 2 до 24 часов или при нагреве до 70-100°С от 7 до 8 минут.