ИЗНОСОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СИСТЕМ ВАЛ-СТУПИЦА И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H01B3/00 B32B27/00 

Изобретение относится к области химии полимеров и касается износозащитного материала для систем вал-ступица, в частности, для систем колёсный диск-ступица, который может использоваться в зоне контактирующих поверхностей вала или колёсного диска и ступицы, например, колеса в машиностроении или автомобилестроении, и способа нанесения указанного материала.

В машиностроении и, в частности, в автомобилестроении для крепления колёс колёсные диски и ступицы (далее по тексту: общее название – вал-ступица, конкретно для автомобилей – колёсный диск-ступица), которые изготовлены из одного и того же или разных материалов, например, стальные диски и стальные ступицы или легкосплавные диски/алюминиевые диски и стальные ступицы либо диски из композиционного материала (композита) на основе углеродного волокна и стальные ступицы, соединяются болтами или сопрягаются друг с другом. При всех перечисленных сочетаниях материалов подвеска колёс в системе колёсный диск-ступица при езде, например, в зимнее время подвергается коррозии под воздействием окружающей среды, например, под воздействием влажности или главным образом под воздействием жидких дорожных рассолов, солевых растворов и/или соляного тумана, которые применяются для борьбы с гололёдом на улицах или обледенением дорог. Из-за проникновения указанных сред в капиллярные зазоры между колёсным диском и ступицей здесь также происходит коррозия. В капиллярном зазоре между колёсным диском и ступицей корродируют поверхности, что сопровождается увеличением объёма, и коррозионные слои кристаллизуются, то есть они расширяются вследствие взаимопроникновения при прочно установившемся контакте с поверхностью или, так сказать, "прорастают" друг в друга и срастаются, что в зависимости от факторов влияния и времени приводит к "прикипанию" колёсного диска к ступице. Этот феномен можно обнаружить прежде всего при смене колеса. В случае "прикипания" колесо удаётся лишь с трудом отделить от ступицы при огромных затратах сил и возможных повреждениях. Возникшие повреждения должны быть устранены, что потребует дополнительных расходов. Особенно часто "прикипание" в автомобильной области можно обнаружить при креплении болтами легкосплавных или стальных колёсных дисков к стальным ступицам. Подобно этому, указанные явления (коррозия) возникают также на соединениях вал-ступица или колёсный диск-ступица машин и транспортных средствах в подъёмно-транспортной технике, сельском хозяйстве и авиации, а также в судоходстве под воздействием морского воздуха/солёной (морской) воды.

Масла, жиры и воски в качестве износозащитного материала между колёсным диском и ступицей нельзя использовать, например, в автомобилях в непосредственной близости от тормозного механизма.

Лакокрасочное покрытие поверхности колёсного диска и/или ступицы также не способствует решению проблемы. В условиях эксплуатации слой лака быстро повреждается, вследствие чего его защитная функция больше не может быть гарантирована. На повреждённых участках это приводит к коррозии и "ржавлению на обратной (внутренней) стороне" слоя лака. Кроме того, промышленные лаки в силу своей химической структуры и состава имеют низкие температуру стеклования и деформационную теплостойкость. На покрытых лаком частях колёсных дисков и ступиц, например, под воздействием давления и тепла, что имеет место в системе колёсный диск-ступица вблизи тормозного механизма при езде, связанной с преодолением подъёмов, слой лака может склеиваться с поверхностью подложки второй нелакированной части или лаковые слои могут слипаться или "прикипать" друг к другу, чего настоятельно требуется избегать.

Известно использование керамических спреев, которые напыляются на контактирующие поверхности ступицы и колёсного диска, прежде всего в случае комбинации материалов, например, легкосплавные диски и стальные ступицы. Керамический спрей в большинстве случаев напыляется по поверхности ступицы колеса.

К сожалению, на практике никакого улучшения в отношении проблемы "прикипания" с помощью такого рода керамических спреев не установлено.

Всё чаще в облегчённых конструкциях композиционные материалы (композиты) на основе углеродного волокна комбинируются и соединяются болтами с металлическими деталями. Так, например, в автомобилестроении также используются колёсные диски из композитов на основе углеродного волокна. В контакте с металлом углеродные волокна в присутствии влаги, особенно в присутствии влаги и солей или рассолов, образуют в композите локальные элементы, которые приводят к коррозии (металла) и, тем самым, к образованию, например, ржавчины и, следовательно, к вышеупомянутым проблемам.

Эти проблемы усиливаются за счёт явления электрохимической коррозии, если, например, комбинируются различные металлы или сплавы и действуют вышеназванные факторы влияния окружающей среды. Это приводит к образованию локальных элементов, что довольно хорошо известно, однако на практике этому часто уделяется очень мало или вообще не уделяется внимания.

Разделительные слои в виде плёночных разделительных слоёв или полимерных разделительных слоёв на практике достаточно хорошо известны. "Разделительным слоем в технике называется тонкий слой синтетического материала, с помощью которого два материала разделяются друг от друга ..." (Википедия, ключевое слово: Разделительный слой).

В рамках настоящего изобретения необходимо сказать следующее по поводу терминов обод колеса или колёсный диск автомобиля. "Колёсным диском автомобиля в разговорной речи называют колесо автомобиля без автомобильной шины. В истинном значении слова ободом называют только наружную кольцеобразную часть колеса, которая сопрягается при помощи закраин обода с фланцем крепления колеса. Однако в настоящее время они (т.е. колесо и обод) большей частью изготовляются для легковых автомобилей из одного цельного куска материала, в результате чего в языковом отношении получается объективно не совсем точная синонимичность терминов колесо и обод (подобное имеет место также в случае терминов колесо и шина). Только у грузовых автомашин, таких как грузовые автомобили специального назначения, тракторы-тягачи (буксиры) и некоторые виды транспортных средств для особых целей (мотоспорт), колёса являются составными из нескольких деталей." (Википедия, ключевое слово: Колёсный диск автомобиля).

Кроме того, в рамках настоящего изобретения следует сказать следующее по поводу термина ступица. "Ступицей называют элемент машины, который надевается на вал, ось или цапфу. В большинстве случаев ступица состоит из детали с просверленным отверстием, в которое в зависимости от цели применения вставляется... подшипник.... Ступица всегда является составной частью соединения вал-ступица." (Википедия, ключевое слово: Ступица).

Согласно стандарту DIN EN ISO 8044 коррозия определяется следующим образом. "Коррозия – это реакция металлического материала с окружающей его средой, которая вызывает измеримое изменение материала и может привести к ухудшению функции металлического конструктивного элемента или всей системы. В большинстве случаев реакция является электрохимической по своей природе, в некоторых случаях она может быть химической или металлофизической природы."

Данный стандарт специфицирует 37 различных видов коррозии. В технике, наряду с коррозией материалов, различают также коррозию по месту её возникновения, такую как контактная коррозия, поверхностная коррозия, вызываемое вибрацией коррозионное растрескивание, щелевая коррозия, межкристаллитная коррозия, проникающая коррозия (см. также Википедия, ключевое слово: Коррозия).

В рамках настоящего изобретения под коррозией следует понимать исходящее с поверхности разрушение металла в результате электрохимических реакций, например, под влиянием окружающей среды.

"Локальные элементы – это мелкоплоскостные коррозионные элементы (или контактные элементы), которые невозможно различить невооруженным глазом. Они намного меньше 1 мм². Локальные элементы могут быть кристаллитами сплава, которые как напрямую, так и через электролит соединяются друг с другом токопроводящим способом и образуют короткозамкнутый гальванический элемент. Локальные элементы могут возникать в местах соприкосновения (контакта) двух разных металлов под воздействием влаги, например, конденсата и часто вызывают в этих местах значительную коррозию. Подверженными коррозии являются места пайки, сварные швы, заклёпочные соединения, болтовые (резьбовые) соединения, повреждённые покрытия (например, поцарапанная белая или лужёная жесть) и сплавы." (Википедия, ключевое слово: Локальный элемент).

Под термином "прикипание" в рамках настоящего изобретения следует понимать коррозионный процесс, при котором под давлением и воздействиями окружающей среды, такими как, например, влажность, солевые растворы/соляной (образующийся при разбрызгивании) туман и кислород, компоненты взаимопроникающих коррозионных слоёв по известным механизмам настолько прочно соединяются друг с другом, что разделение их возможно лишь с трудом или вообще невозможно без разрушения компонентов. Типичными примерами в автомобильной промышленности являются начальное и глубокое корродирование легкосплавных и стальных колёсных дисков на стальных ступицах колёс при смене колёс после длительного воздействия противогололёдных средств (дорожный рассол и размораживающие средства на основе солей для устранения обледенения в дорожном движении) в зимний период.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить износозащитный материал для систем вал-ступица, который в значительной степени ограничивает или даже препятствует коррозии и который в значительной степени препятствует "прикипанию" материалов вала и ступицы, а также предложить простой и не требующий больших затрат (экономичный) способ нанесения износозащитного материала на одну или более контактирующих поверхностей в системе вал-ступица.

Задача решается с помощью изображения в соответствии с прилагаемой формулой изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы.

Износозащитный материал по изобретению для систем вал-ступица состоит из по меньшей мере одного пластмассового слоя, расположенного по меньшей мере частично на контактирующих поверхностях вала и ступицы, причём пластмасса указанного слоя обеспечивает по меньшей мере частичное электрохимическое изолирование и разделение материалов вала и ступицы.

Предпочтительно пластмасса состоит из одного или более полимеров, которые являются по существу неполярными или неполярными и по меньшей мере одна из поверхностей которых является по существу малоадгезивной или антиадгезивной.

Кроме того, пластмасса предпочтительно состоит из одного или более полимеров и/или полимерной смеси.

Также предпочтительно, если в качестве полимеров и/или полимерных смесей присутствуют фторполимеры либо высокотехнологичные пластмассы или другие пластмассы, при этом более предпочтительно, если в качестве фторполимеров присутствуют политетрафторэтилен (PTFE), сополимер перфторэтилена с пропиленом (FEP), перфторалкоксиалкан (PFA), перфторметоксиалкан (MFA), сополимер тетрафторэтилена с этиленом (ETFE) и/или полихлортрифторэтилен (PCTFE), и/или в качестве высокотехнологичных пластмасс присутствуют полиэфиркетон (PEK), полиарилэфиркетон (РАЕК), полиэфирэфиркетон (PEEK), полифениленсульфид (PPS), полиэфирсульфон (PES), полисульфон (PSU), полиэфиримид (PEI), полиамидимид (PAI), полиимид (PI) и/или LCP (жидкокристаллический полимер), и/или в качестве других пластмасс присутствуют поликарбонат (PC), полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (РВТ), поливинилиденфторид (PVDF), полиамид (РА), в частности, PA11 или РА12, полистирол (PS), полиэтилен (PE), LD-PE (полиэтилен низкой плотности), LLD-PE (линейный полиэтилен низкой плотности), HD-PE (полиэтилен высокой плотности), полипропилен (PP), сополимер стирола с акрилонитрилом (SAN) и/или термополимер акрилонитрил-стирол-акрилат, и/или отверждённые/сшитые термореактопласты на материале-носителе, и/или вулканизированные эластомеры и/или сшитые термопластичные эластомеры.

Также выгодно, если в качестве пластмасс присутствуют необработанные или обработанные с одной стороны поверхности, травленые и/или обработанные плазмой, обладающие склеиваемостью фтор(со)полимеры и/или необработанные или обработанные с одной стороны поверхности, травленые и/или обработанные плазмой, обладающие склеиваемостью другие пластмассы.

Равным образом выгодно, если пластмасса содержит наполнители и/или армирующие материалы, и/или добавки, такие как разделительные добавки, при этом более выгодно, если в качестве разделительных добавок используются PTFE (политетрафторэтилен) или воски, такие как PE(полиэтиленовые)-воски, горный воск, карнаубский воск либо стеарат кальция.

Также предпочтительно, если пластмассовый слой присутствует в виде плёнки или в виде напыляемого слоя либо в виде вжигаемого слоя или в виде слоя с материалом-носителем из бумаги или картона либо текстильной подложки.

Также является преимуществом, если пластмассовый слой присутствует на одной или более контактирующих поверхностях вала и ступицы или только на одной контактирующей поверхности вала или ступицы либо частично на контактирующих поверхностях вала и ступицы.

В способе нанесения износозащитного материала для систем вал-ступица согласно

изобретению пластмассу, которая обеспечивает электрохимическое изолирование и разделение материалов вала и ступицы, наносят по меньшей мере на отдельные части контактирующих поверхностей вала и/или ступицы в виде плёнки или в виде раствора с последующей сушкой до образования слоя, либо в виде покрытого или пропитанного пластмассой и отверждённого/сшитого слоистого материала.

Предпочтительно пластмассовый слой наносят на контактирующие поверхности вала и/или ступицы осуществляется температурной обработкой для отверждения и/или для вжигания наносимого в виде раствора и высушенного слоя пластмассы.

Также предпочтительно, если в качестве слоистого материала с покрытием или пропитанного слоистого материала используется бумага или картон либо текстильная подложка, например, из ткани, трикотажного полотна, нетканого материала или войлока.

Кроме того, износозащитный материал предпочтительно наносится и приклеивается к контактирующим поверхностям вала и/или ступицы в виде слоя (слоистого материала) и предпочтительно в виде плёнки из пластмассы.

Также предпочтительно, если раствор пластмассы напыляется, разравнивается или размазывается по контактирующим поверхностям вала и/или ступицы, а затем высушивается и вжигается.

Предложенное изобретением решение впервые делает возможным нанесение износозащитного материала в зонах вал-ступица, в которых он в значительной степени ограничивает или даже препятствует коррозии в системе вал-ступица и в значительной степени препятствует "прикипанию" материалов вала-ступицы. Это реализуется с помощью простого и не требующего больших затрат способа нанесения износозащитного материала на одну или более контактирующих поверхностей в системе вал-ступица.

Для этого по меньшей мере один пластмассовый слой размещается по меньшей мере частично на контактирующих поверхностях вала и ступицы, причём пластмассовый слой в зоне контакта вала и ступицы обеспечивает электрохимическое изолирование и разделение материалов контактирующих поверхностей вала и ступицы. Одновременно, благодаря решению согласно изобретению использовать пластмассу в качестве своего рода (поверхностного)уплотнения, в значительной мере предотвращается проникновение влаги, солевых растворов/соляного(распыляемого)тумана и кислорода в (капиллярный) зазор между валом и ступицей.

Благодаря по меньшей мере частичному предотвращению прямого контакта поверхностей вала и ступицы и благодаря "герметизации" зоны контакта между валом и ступицей электрохимические реакции в (капиллярном) зазоре между материалами контактирующих поверхностей и окружающими средами предотвращаются по меньшей мере настолько, что достигается по меньшей мере частичная электрохимическая изоляция, предпочтительно полная электрохимическая изоляция.

Как известно, большинство реакций, которые вызывают коррозию, имеет электро-химическую природу. Согласно изобретению теперь впервые предлагается способ предотвращения электрохимических реакций между контактирующими одна с другой поверхностями под воздействием окружающих сред в системах вал-ступица, так чтобы коррозия по возможности не могла возникнуть, предпочтительно – коррозия вообще не могла произойти.

Материалы, из которых изготовлены контактирующие поверхности, являются преимущественно металлическими материалами, но всё более возрастает использование композитов на основе углеродного волокна или керамических материалов. Под сочетаниями контактирующих поверхностей систем вал-ступица подразумеваются преимущественно сочетания металл-металл, а также сочетания металл-неметалл либо сочетания металл-композит на основе углеродного волокна.

Пластмассы, которые наносятся в качестве износозащитного материала по изобретению на контактирующие поверхности в системах вал-ступица, предпочтительно являются по существу неполярными или неполярными и по меньшей мере одна из поверхностей этих материалов является по существу малоадгезивной или антиадгезивной, что гарантирует электрохимическое изолирование и разделение контактирующих поверхностей.

При этом в каждом отдельном случае следует использовать такие пластмассы, температуры длительного использования которых предпочтительно превышают кратковременные одно- или многократные скачки максимальных температур в системе при эксплуатации соединений вал-ступица. В зависимости от конкретного применения это могут быть пластмассы с температурами длительного использования ≤ 90°C, такие как полистирол (PS), полиэтилен (PE), LD-PE (полиэтилен низкой плотности), LLD-PE (линейный полиэтилен низкой плотности), HD-PE (полиэтилен высокой плотности), полипропилен (PP), сополимер стирола с акрилонитрилом (SAN) и/или термополимер акрилонитрил-стирол-акрилат, либо с температурами длительного использования ≤ 160°C, такие как поликарбонат (PC), полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (РВТ), поливинилиденфторид (PVDF), полиамид (РА), в частности, PA11 или РА12, либо с температурами длительного использования ≤ 260°C, такие как политетрафторэтилен (PTFE), сополимер перфторэтилена с пропиленом (FEP), перфторалкоксиалкан (PFA), перфторметоксиалкан (MFA), сополимер тетрафторэтилена с этиленом (ETFE) и/или полихлортрифторэтилен (PCTFE), полиэфиркетон (PEK), полиарилэфиркетон (РАЕК), полиэфирэфиркетон (PEEK), полифениленсульфид (PPS), полиэфирсульфон (PES), полисульфон (PSU), полиэфиримид (PEI), полиамидимид (PAI), полиимид (PI) и/или LCP (жидкокристаллический полимер).

В качестве используемых согласно изобретению пластмасс для электрохимического изолирования и разделения контактирующих поверхностей в системе вал-ступица могут также использоваться отверждённые/сшитые термореактопласты, такие как эпоксидные смолы, фенольные смолы, меламиновые смолы, UP(ненасыщенные полиэфирные)-смолы, акрилатные смолы, винилэфирные смолы или PUR(полиуретановые)-смолы на материале-носителе, таком как бумага, текстильная ткань или нетканый материал, в виде тонкой плёнки и/или в виде сшитого слоя.

В качестве используемых согласно изобретению пластмасс для электрохимического изолирования и разделения контактирующих поверхностей в системе вал-ступица могут также использоваться вулканизированные эластомеры или сшитые термопластичные эластомеры (TPE) в виде тонкой плёнки либо в виде нанесённого из раствора, просушенного и вулканизированного или сшитого слоя.

Перед использованием материалов, как известных, так и согласно изобретению, их тестируют на пригодность для конкретной цели применения.

Пластмассы, используемые согласно изобретению, предпочтительно являются необработанными или обработанными с одной стороны поверхности, травлеными и/или обработанными плазмой и могут использоваться как чисто полимерный материал, в виде полимерных смесей, в наполненной и/или армированной форме.

Износозащитные материалы по изобретению наносятся согласно изобретению путём нанесения пластмассы, которая обеспечивает электрохимическое изолирование и разделение материалов вала и ступицы, по меньшей мере на отдельные части контактирующих поверхностей вала и/или ступицы в виде плёнки или в виде раствора либо в виде покрытого или пропитанного пластмассой слоистого материала.

При этом предпочтительно, если пластмасса в виде плёнки накладывается или наносится и/или фиксируется точно по размеру на одной или более частях контактирующих поверхностей вала и/или ступицы. Размещение и/или фиксация плёнки может осуществляться путём смачивания поверхности вспомогательным средством, таким как водный раствор поверхностно-активного вещества, или путём склеивания с контактирующей поверхностью либо путём вжигания нанесённого в виде раствора пластмассы и высушенного слоя. При этом надо учитывать, что в случае использования клея его температура длительного использования также должна быть предпочтительно выше кратковременных скачков максимальных температур в системе при эксплуатации соединений вал-ступица.

В качестве плёнок при этом используются плёнки с толщиной слоя ≤ 500 мкм, предпочтительно ≤ 100 мкм, ещё более предпочтительно ≤ 25 мкм.

Согласно изобретению плёнка из износозащитного материала по изобретению накладывается или наклеивается точно по размеру по меньшей мере частично по меньшей мере на одну из поверхностей вала или ступицы, так что после крепления болтами или другого вида фиксации вала и ступицы контактирующие поверхности вала и ступицы оказываются по меньшей мере частично разделёнными указанной плёнкой и защищёнными снаружи от воздействий окружающей среды.

Предпочтительно плёнки износозащитного материала по изобретению наносятся на обе контактирующие поверхности, т.е. на контактирующую поверхность вала и на контактирующую поверхность ступицы. При этом контактирующие поверхности как вала, так и ступицы по возможности полностью покрываются пластмассовой плёнкой. Плёнки, используемые для контактирующих поверхностей вала и ступицы, соответственно подгоняются по размеру к контактирующим поверхностям и при этом предпочтительно состоят из различных несовместимых пластмасс. Так как большинство пластмасс являются несовместимыми друг с другом, что доказывает разделение отдельных слоёв многослойных плёнок после изготовления их методом экструзии из несовместимых пластмасс без использования компатибилизатора/агента совместимости, то никакого сцепления между отдельными компонентами плёнок при получении многослойных плёнок методом экструзии не достигается даже в контакте с расплавом. Подобно этому, несовместимые пластмассы не могут свариваться друг с другом и не демонстрируют склонности к адгезии друг с другом. Плёнки из несовместимых пластмасс демонстрируют разделяющее действие в системе вал-ступица.

Согласно изобретению предпочтительно также, если пластмассы наносятся на

контактирующие поверхности в виде растворов. При этом предпочтительно используемыми пластмассами являются PAI (полиамидимид), PEI (полиэфиримид), PI (полиимид) и/или PSU (полисульфон). Нанесение может осуществляться путём напыления, с помощью ракли (инструмент для нанесения равномерного слоя) или путём размазывания. При последующей термической обработке растворитель удаляется и компоненты пластмассы образуют сухую плёнку/сухое пластмассовое покрытие.

Также и в этом случае растворы различных несовместимых пластмасс для износозащитных материалов по изобретению предпочтительно являются несмешанными (т.е. одного вида) и разделяются на обе контактирующие поверхности, т.е. на контактирующую поверхность вала и на контактирующую поверхность ступицы.

Возможно также нанесение износозащитного материала по изобретению на одну контактирующую поверхность в виде плёнки, а на другую контактирующую поверхность в виде раствора, из которого после последующей термической обработки образуется сухая плёнка или сухое пластмассовое покрытие.

Предпочтительно контактирующие поверхности, покрытые плёнкой и/или нанесённой из раствора и высушенной (пластмассовой) плёнкой, подвергаются последующей температурной обработке. Эта последующая температурная обработка желательна прежде всего в случае использования растворов пластмасс, поскольку она позволяет реализовать полное отверждение пластмассы и/или полное высушивание и/или удаление растворителей. В зависимости от вида пластмассового компонента и используемого растворителя специалисту будет понятно, какие температуры следует использовать, чтобы избежать термического повреждения пластмассового компонента и достигнуть практически полного удаления растворителя из образующейся плёнки или формирующегося слоя, с тем, чтобы получить сухую плёнку или сухое пластмассовое покрытие. Было обнаружено, что выгоднее работать по программе ступенчатого изменения температуры. Основная часть растворителя удаляется при температуре ниже температуры кипения растворителя, чтобы получилась гладкая (без пузырей) плёнка или слой. При использовании смеси растворителей условия сушки либо известны, либо их следует определить опытным путём, проведя несколько экспериментов. При постепенном повышении температуры до уровня, например, на 20 кельвинов (К) выше температуры кипения растворителя, показывающего наиболее высокую температуру кипения, в случае использования смеси растворителей достигается конечное состояние сухой плёнки или слоя. В зависимости от желаемой толщины плёнки/слоя можно по результатам нескольких экспериментов разработать программу ступенчатого изменения температуры.

Например, при использовании NMP с температурой кипения 203°С в качестве растворителя для приготовления раствора PAI-NMP с содержанием твёрдых веществ 15 мас.% сушку проводят в течение 1 часа при 100°С. После этого температуру повышают до 150°С и пленку отжигают в течение > 30 минут. Затем температуру повышают до 200°С и ещё раз отжигают плёнку в течение > 30 минут. В заключение после отжигания при 220°С в течение > 30 минут получают уже сухую PAI-плёнку с окончательными свойствами.

Растворы пластмасс по изобретению могут содержать органический растворитель или воду. В качестве растворителя предпочтительно могут использоваться N-метил-2-пирролидон (NMP), N-этил-2-пирролидон (NEP), диметилсульфоксид (DMSO), Ν,Ν-диметилацетамид (DMAc) или Ν,Ν-диметилформамид (DMF), при этом, разумеется, следует учитывать растворяющую способность растворителя по отношению к пластмассам, которые планируется использовать, и соблюдать правила охраны труда и техники безопасности.

В случае если нанесённый слой и/или плёнка должны подвергнуться последующей термической обработке для вжигания слоя, остаточное содержание растворителя должно поддерживаться на уровне < 1 мас.%, предпочтительно < 0,5 мас.%, более предпочтительно < 0,1 мас.%, в пересчёте на фиксированный слой.

Предпочтительно растворы наносятся таким образом, чтобы получился слой толщиной ≤ 500 мкм, предпочтительно ≤ 100 мкм, ещё более предпочтительно ≤ 25 мкм, и/или чтобы толщина слоя после вжигания составляла ≤ 500 мкм, предпочтительно ≤ 100 мкм, ещё более предпочтительно ≤ 25 мкм.

Кроме того, износозащитные материалы по изобретению могут также наноситься на контактирующие поверхности в системах вал-ступица в виде покрытого или пропитанного пластмассой слоистого материала.

В качестве покрывающего или пропитывающего материала могут предпочтительно использоваться эпоксидные смолы, винилэфирные смолы, фенольные смолы и/или меламиновые смолы.

В качестве слоистого материала может использоваться бумага или картон либо текстильные подложки, например, из ткани, трикотажного полотна, нетканого материала. При этом могут использоваться текстильные подложки из натуральных или синтетических волокон, предпочтительно углеродных волокон.

Слоистые материалы с покрытием или пропитанные могут отверждаться перед нанесением на контактирующие поверхности в системе вал-ступица либо после нанесения на контактирующие поверхности вала и/или ступицы перед соединением/фиксацией вала со ступицей путём прижатия и приложения температуры либо путём предпринятого в этом месте повышения температуры. Предпочтительно их отверждение происходит перед нанесением на контактирующие поверхности.

Кроме того, для износозащитного материала по изобретению могут использоваться наполнители и/или армирующие материалы, и/или добавки, такие как разделительные добавки. Предпочтительно в качестве разделительных добавок подходят PTFE или воски, такие как PE(полиэтиленовые)-воски, горный воск, карнаубский воск либо стеарат кальция.

При введении PTFE в качестве разделительной добавки предпочтительно

используется химически связанный материал пластмасса-PTFE.

При использовании восков следует использовать их предпочтительно только в концентрациях < 5 мас.%, предпочтительно ≤ 1 мас.%, в пересчёте на восковое вещество или как смесь восков в износозащитном материале по изобретению в качестве изолирующего, разделяющего слоя между валом и ступицей, поскольку воски при образовании плёнки или при формировании слоя мигрируют, по меньшей мере частично, к поверхности и здесь могут проявлять свою разделительную функцию, однако из-за низкой концентрации не способны проникать в соседние зоны и инициировать там неконтролируемые изменения свойств, например, в зоне тормозного механизма.

С помощью предлагаемого изобретением решения можно было при смене колёс обнаружить, например, при использовании в системе вал-ступица автомобильных колёс, что никакого "прикипания" не произошло и что колёса можно было без проблем отделить от ступицы.

Если на практике снабжённые износозащитным материалом по изобретению системы вал-ступица разделяются, то по состоянию износозащитного материала можно решить, следует ли наносить заново износозащитный материал или нет.

Благодаря предлагаемому изобретением решению при правильном обращении достигается многократное разделение системы вал-ступица без замены или обновления износозащитного материала.

Ниже изобретение разъясняется более подробно в ряде неограничивающих примеров его осуществления.

Сравнительный пример 1

Легковой автомобиль Opel Astra был оснащён в октябре зимними шинами на

легкосплавных дисках. Пробег автомобиля до перехода на летние шины в конце апреля составил около 20 000 км, преимущественно по автомобильным магистралям в южно-германском регионе Германии, а также по дорогам в Среднегорье. На ночь автомобиль ставился в гараж без очистки от противогололёдных средств, налипших в зоне подвески колеса во время езды по улицам. За период пользования легковым автомобилем с октября до конца апреля никаких работ по очистке подвески колеса в системе диск-ступица не проводилось, так что влияние окружающей среды в течение всего указанного периода присутствовало и могло оказать своё воздействие.

При переходе на летние шины в конце апреля было установлено, что передние колёса после ослабления крепёжных гаек можно было только с большой затратой сил отделить от ступиц. Оба задних колеса настолько "сильно прикипели", что их пришлось отделять от ступиц после ослабления крепёжных гаек с помощью кувалды с деревянной накладкой (для защиты легкосплавного колёсного диска).

Пример 1

Как и в сравнительном примере 1, автомобиль в октябре был оснащён зимними шинами, но в зоне контакта колёсного диска и ступицы была проложена полиимидная плёнка (толщина 25,4 мкм, KAPTON® 100 HN, фирмы Krempel Group), предварительно подогнанная по размеру к контактирующим поверхностям с выемками для болтов. Контактирующие поверхности диска и ступицы были предварительно очищены от налипшей грязи.

По достижении пробега, сопоставимого с пробегом в сравнительном примере 1, в конце апреля была проведена замена зимних шин на летние. Все колёса можно было легко и без проблем отделить от ступиц и ни коррозии поверхностей контакта, ни "прикипания" дисков к ступицам не было обнаружено.

Пример 2

Как и в примере 1, в очищенной от грязи зоне контакта диска и ступицы были

проложены следующие пленки:

а) PTFE-строганая плёнка (толщина 0,1 мм, фирмы PTFE Nünchritz).

b) ETFE-плёнка (толщина 25 мкм, NOWOFLON ET, фирмы Nowofol)

с) PC/PBT-плёнка (PC-плёнка на диске, PBT-плёнка на ступице, Bayfol®, толщина по 175 мкм, фирмы Bayer)

d) PE-плёнка (толщина 125 мкм, MELINEX®, фирмы ThyssenKrupp Plastics).

По достижении пробега, сопоставимого с пробегом в примере 1, при смене колёс во всех случаях с использованием всех указанных плёнок (a) – (d) все колёса можно было легко и без проблем отделить от ступиц и ни коррозии поверхностей контакта, ни "прикипания" дисков и ступиц не было обнаружено.

Пример 3

Как и в сравнительном примере 1, в очищенной от грязи зоне контакта колёсного диска (зона контакта диска со ступицей) на диск с помощью эпоксидной смолы горячего отверждения была наложена травленая с одной стороны PTFE-плёнка толщиной 0,1 мм (фирмы PTFE Nünchritz), предварительно подогнанная по размеру к контактирующим поверхностям с выемками для болтов, и приклеена под давлением при 160°C. Приклеивание соответствующим образом подогнанной/обрезанной PTFE-плёнки осуществлялось следующим образом: травленая сторона PTFE-плёнки предварительно намазывалась тонким слоем эпоксидной смолы, затем накладывалась на поверхность контакта и под давлением приклеивалась горячим способом. После приклеивания и перед креплением диска на ступице с помощью болтов контактирующие поверхности диска с приклеенной PTFE-плёнкой и ступицы очищались от пыли/грязи. Колёсный диск фиксировался на ступице с помощью болтового крепления.

По достижении пробега, сопоставимого с пробегом в сравнительном примере 1, в конце апреля проводилась замена шин на летние. Все колёса можно было легко и без проблем отделить от ступиц и ни коррозии поверхностей контакта, ни "прикипания" диска к ступице не было обнаружено.

Пример 4

Как и в сравнительном примере 1, в очищенной от грязи зоне контакта (зоне контакта колёсного диска со ступицей) на диск наносился PAI+PTFE-антифрикционный лак (изготовленный из химически связанного PAI-PTFE-материала с содержанием PTFE 20 мас.% путём растворения/диспергирования в NMP (N-метил-2-пирролидон) с содержанием твёрдых веществ 25 мас.%) путём намазывания в виде плёнки толщиной примерно 0,1 мм. Из жидкого слоя антифрикционного лака образовался гладкий слой. Этот слой, горизонтально расположенный на диске, высушивался при 100°С в течение 1 часа в сушильной печи с циркуляцией воздуха. В заключение слой антифрикционного лака на колёсном диске темперировался/подвергался последующей обработке в течение 1 часа при 150°С, 1 часа при 200°С и, наконец, в течение 1 часа при 225°С в сушильной печи с циркуляцией воздуха. В результате этого образовалась гладкая плёнка антифрикционного лака толщиной около 30 мкм. Перед креплением диска болтами слой лака ещё раз выравнивался/плоско шлифовался, и контактирующие поверхности диска со слоем лака и ступицы очищались от налипшей пыли/грязи. Колёсный диск фиксировался со ступицей с помощью болтов.

По достижении пробега, сопоставимого с пробегом в сравнительном примере 1, в конце апреля проводилась замена шин на летние. Все колёса легко и без проблем отделялись от стулпицы и ни коррозии поверхностей контакта, ни "прикипания" диска и ступицы не было обнаружено.

Пример 5

Как и в сравнительном примере 1, на очищенную от грязи зону контакта колёсного диска со ступицей накладывалась пропитанная эпоксидной смолой (с содержанием горного воска 1 мас.% в пересчёте на количество эпоксидной смолы) хлопчатобумажная ткань, которая отверждалась горячим способом под давлением и перед наложением подгонялась по размеру к контактирующим поверхностям с выемками для болтов. Предварительное отверждение горячим способом эпоксидной смолы с хлопчатобумажной тканью должно быть количественным. Контактирующие поверхности колёсного диска и ступицы перед креплением и наложением подогнанного по размеру количественно отверждённого слоя из хлопчатобумажной ткани-эпоксидной смолы очищались от налипшей пыли/грязи. Диск фиксировался со ступицей с помощью болтов.

По достижении пробега, сопоставимого с пробегом в сравнительном примере 1, в конце апреля проводилась замена шин на летние. Все колёса легко и без проблем отделялись от ступиц и ни коррозии контактирующих поверхностей, ни "прикипания" диска и ступицы не было обнаружено.

Пример 6

Как и в примере 1, в зоне контакта колёсного диска и ступицы прокладывалась PP-плёнка (NOVOTEAR®-плёнка, толщина 125 мкм, фирмы Nowofol).

По достижении сравнимого пробега при замене шин на летние не было установлено "прикипания" – колёса можно было без проблем отделить от ступиц. В отличие от примеров 1, 2 и 5 в настоящем случае целесообразно обновлять PP-плёнку каждый раз при смене колеса.

Изобретение относится к области химии полимеров и касается износозащитного материала, который может использоваться в зоне контактирующих поверхностей вала и ступицы. Износозащитный материал состоит из по меньшей мере одного пластмассового слоя, который расположен на контактирующих поверхностях вала и ступицы. Пластмасса обеспечивает по меньшей мере частичное электрохимическое изолирование и разделение материалов вала и ступицы. Способ, согласно которому пластмасса наносится по меньшей мере на отдельные части контактирующих поверхностей вала и/или ступицы в виде плёнки или в виде раствора с последующей сушкой до образования слоя или в виде покрытого пластмассой или пропитанного и отверждённого/сшитого слоистого материала. Изобретение позволяет предложить износозащитный материал для систем вал-ступица для предотвращения в значительной мере коррозии и "прикипания" материалов вала и ступицы в этих системах. 2 н. и 15 з.п. ф-лы.

1. Износозащитный материал для систем вал-ступица, состоящий из по меньшей мере одного пластмассового слоя, который расположен, по меньшей мере частично, на контактирующих поверхностях вала и ступицы, причём пластмасса пластмассового слоя обеспечивает по меньшей мере частичное электрохимическое изолирование и разделение материалов вала и ступицы.

2. Износозащитный материал по п. 1, в котором пластмасса состоит из одного или более полимеров, которые являются по существу неполярными или неполярными и по меньшей мере на одной из своих поверхностей по существу малоадгезивными или антиадгезивными.

3. Износозащитный материал по п. 1, в котором пластмасса состоит из одного или более полимеров и/или полимерной смеси.

4. Износозащитный материал по п. 3, в котором в качестве полимеров и/или полимерных смесей присутствуют фторполимеры или высокотехнологичные пластмассы или другие пластмассы.

5. Износозащитный материал по п. 4, в котором в качестве фторполимеров присутствуют политетрафторэтилен (PTFE), сополимер пропилена с перфторэтиленом (FEP), перфторалкоксиалкан (PFA), перфторметоксиалкан (MFA), сополимер этилена с тетрафторэтиленом (ETFE) и/или полихлортрифторэтилен (PCTFE).

6. Износозащитный материал по п. 4, в котором в качестве высокотехнологичных пластмасс присутствуют полиэфиркетон (PEK), полиарилэфиркетон (PAEK), полиэфирэфиркетон (PEEK), полифениленсульфид (PPS), полиэфирсульфон (PES), полисульфон (PSU), полиэфиримид (PEI), полиамидимид (PAI), полиимид (PI) и/или LCP (жидкокристаллический полимер).

7. Износозащитный материал по п. 4, в котором в качестве других пластмасс присутствуют поликарбонат (PC), полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (РВТ), поливинилиденфторид (PVDF), полиамид (РА), в частности PA11 или РА12, полистирол (PS), полиэтилен (PE), LD-PE (полиэтилен низкой плотности), LLD-PE (линейный полиэтилен низкой плотности), HD-PE (полиэтилен высокой плотности), полипропилен (PP), сополимер стирола с акрилонитрилом (SAN) и/или термополимер акрилонитрил-стирол-акрилат, и/или отверждённые/сшитые термореактопласты на материале-носителе, и/или вулканизированные эластомеры и/или сшитые термопластичные эластомеры.

8. Износозащитный материал по п. 1, в котором в качестве пластмассы присутствуют необработанные или обработанные с одной стороны поверхности, травленые и/или обработанные плазмой, обладающие склеиваемостью фтор(со)полимеры и/или необработанные либо обработанные с одной стороны поверхности, травленые и/или обработанные плазмой, обладающие склеиваемостью другие пластмассы.

9. Износозащитный материал по п. 1, в котором пластмасса содержит наполнитель и/или армирующий материал, и/или добавку, такую как разделительная добавка.

10. Износозащитный материал по п. 9, в котором в качестве разделительной добавки присутствуют PTFE (политетрафторэтилен) или воски, такие как PE(полиэтиленовые)-воски, горный воск, карнаубский воск либо стеарат кальция.

11. Износозащитный материал по п. 1, в котором пластмассовый слой присутствует в виде плёнки или в виде напыляемого слоя либо в виде вжигаемого слоя или в виде слоя с материалом-носителем из бумаги или картона, либо текстильной подложки.

12. Износозащитный материал по п. 1, в котором пластмассовый слой присутствует на одной или более контактирующих поверхностей вала и ступицы или только на одной контактирующей поверхности вала и ступицы, либо частично на контактирующих поверхностях вала и ступицы.

13. Способ нанесения износозащитного материала для систем вал-ступица по п.1, согласно которому пластмассу, которая обеспечивает электрохимическое изолирование и разделение материалов вала и ступицы, наносят по меньшей мере на отдельные части контактирующих поверхностей вала и/или ступицы в виде плёнки или в виде раствора с последующей сушкой до образования слоя, либо в виде покрытого или пропитанного пластмассой и отверждённого/сшитого слоистого материала.

14. Способ по п. 13, в котором нанесение пластмассового слоя на контактирующие поверхности вала и/или ступицы осуществляют температурной обработкой для отверждения и/или для вжигания наносимого в виде раствора и высушенного слоя пластмассы.

15. Способ по п. 13, в котором в качестве слоистого материала с покрытием или пропиткой используют бумагу или картон либо текстильную подложку, например, из ткани, трикотажного полотна, нетканого материала или войлока.

16. Способ по п. 13, в котором износозащитный материал наносят и приклеивают в виде слоя (слоистого материала) и предпочтительно в виде плёнки из пластмассы к контактирующим поверхностям вала и/или ступицы.

17. Способ по п. 13, в котором раствор из пластмассы напыляют на контактирующие поверхности вала и/или ступицы, разравнивают или размазывают, а затем высушивают и вжигают.