Антифрикционная полиамидная композиция Российский патент 2025 года по МПК C08L77/00 C08K5/13 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к антифрикционным полимерным композициям на основе полиамидов и может быть использовано для деталей, работающих в паре сухого трения «полимер-металл», преимущественно «полимер-сталь», например, скребков системы подачи порошковых питателей.

К числу наиболее распространенных антифрикционных материалов, применяемых в машиностроении, относятся композиции на основе алифатических полиамидов (Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных полимеров. – Минск: Наука и техника, 1992. – 256 с). Наиболее эффективными триботехническими материалами на основе полиамидов являются композиции, содержащие углеродные наполнители – графит, кокс, углеродные волокна, модификации графита и др. (Сагалаев Г.Я., Шембель Н.Л., Виноградова Э.С. Новый самосмазывающийся материал АТМ-2 и его применение в машиностроении // в кн.: Полимеры в промышленности. – Гомель: 1968, – С. 60-64). Вместе с тем эффект функционального действия таких компонентов проявляется при достаточно значительных концентрациях (10-30 мас. %), что сложно применимо в парах сухого трения, которые должны обеспечивать подачу порошковых материалов без изменения химического состава смеси.

Известен полиамидный композиционный материал, состоящий из матрицы блочного полиамида 6 и модифицирующей углеродной добавки, в качестве которой используется фуллереновая сажа (RU 2316571, МПК C08L 77/02, C08J 5/16, опубл. 10.02.2008).

Недостатками известного полиамидного материала являются значительный коэффициент трения (0,12…14) при концентрациях фуллереновой сажи 0,01…0,5 % и высокая стоимость модифицирующей добавки.

Известна антифрикционная полиамидная композиция (RU 2688517, МПК C08L 77/00, C08J 5/16, C08K 3/00, опубл. 21.05.2019), включающая полиамид 6 в количестве 94-97,5%, шунгитовый порошок в количестве 2-5% и графит - остальное и целевую добавку-графит. Недостатком данной композиции является достаточно большое содержание добавок, содержащих углерод – шунгитовый порошок и графит. При изготовлении из такого материала скребков порошковых питателей часто происходит обнаружение графитовых или углеродных включений в конечном покрытии.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является композиционный триботехнический материал, содержащий полиамид 6, минеральный наполнитель – шунгит и антифрикционную добавку – полимер-олигомерный продукт термодеструкции политетрафторэтилена (ПТФЭ) (RU 2401855, МПК C09D 177/02, опубл. 20.10.2010).

К недостаткам известного материала следует отнести высокую трудоемкость получения продуктов термодеструкции политетрафторэтилена, что приводит к повышению себестоимости композиции и изготавливаемых триботехнических изделий. Кроме того, относительно высокие значения коэффициента трения без смазки (0,1…0,15), а также наличие шунгита в композиции, что также может приводить к его выкрашиванию.

Технический результат изобретения заключается повышение износостойкости в контактной паре, за счет отказа от выкрашиваются добавок, при этом стойкость к износу по сравнению с чистым полиамидом 6, согласно экспериментальным данным, увеличивается практически в 3 раза.

Сущность изобретения заключается в том, что антифрикционная полиамидная композиция включает полиамид 6 и целевую добавку – полиоксибензоил (ПОБ), при следующем соотношении компонентов, мас. %:

• полиамид 6 - основа

• полиоксибензоил (ПОБ) – 6-8%.

Введение полиоксибензоила было рассмотрено так, как в нескольких работах (Гузеев В.В. Разработка новых полимерных и керамических материалов для узлов трения нефтянных центробежных насосов / Иванова Л.Р., Хоробрая Е.Г. // Химическая промышленность, 2001, №5. С. 50-56; Сидоренко А.А. Влияние нефтяных высокомолекулярных соединений на свойства политетрафторэтиленовых композиционных материалов / Сидоренко Т.Н., Гузеев В.В. и др.// Известия СО РАН, Сибирский хим. журнал, 1992, вып. 3 С. 84-87; Коршак В.В., Полибензимидазолы / Цейтлин Г.М., Кулагин В.Н. // Пласт. массы. – 1970 - №12. С. 35-42) исследованы смесевые композиционные материалы на основе ПТФЭ и ПОБ, целью данных работ было увеличение плотности, прочности и, как следствие, износостойкости ПТФЭ. Выбор ПОБ в качестве модифицирующей добавки обусловлен, прежде всего, тем, что ПОБ является уникальным высокотемпературным полиэстером, обладающим высокой износостойкостью, при этом использование ПОБ в качестве модифицирующей добавки многократно доказывало свою эффективность, при этом оптимальный результат достигался при включении именно 6-8% ПОБ.

Для определения влияния ПОБ на полиамид 6 методом экструзии был изготовлен филамент для 3D печати марки ПА6ПОБ7, содержащая 7% по массе ПОБ и полиамид 6 – остальное. Из филамента были напечатаны образцы и проведены их сравнительные испытания с аналогичными образцами, напечатанными из материала ПА6 без добавок.

В качестве модельного контакта использовалась схема сфера/плоскость, при этом плоскостью служили полимерные образцы (табл.1), а сферой – шар, изготовленный из стали ШХ-15 диаметром 12,6 мм.

Условия испытания пары трения:

D (относительное перемещение тел), мкм – 100;

f (частота перемещения), Гц - 20;

F_n (нормальная сила в контакте), Н - 10;

n (количество циклов трения) – 50 000.

Осмотр пятен повреждения и измерение профилей износа полимера и контртел проводилось с помощью конфокального микроскопа Olympus LEXT OLS 5000.

Сравнение пятен повреждения и измерение профилей износа показало, что после 50 000 тысяч циклов у образца из материала ПА6ПОБ7 образовалось пятно повреждения размерами (ВхШ) 954,616х910,520 мкм, глубиной 6,350 мкм и объем пятна контакта составляет 5 519 400,698 мкм³ (фиг.1)

При этом после 50 000 тысяч циклов у образца из материала ПА6 образовалось пятно контакта размерами (ВхШ) 1058,055х961,101 мкм, глубиной 15,922 мкм и объем пятна повреждения составляет16 191 045,474 мкм³ (фиг.2).

Кроме того, дополнительно, для определения влияния ПОБ на полиамид 6, методом был изготовлен филамент из аналога ПА6ПОБ7, содержащий по массе в среднем 5% (4-5,9%) ПОБ и полиамид 6 – остальное.

Однако напечатанные из него образцы были исключены из объема испытаний на машине трения, так как материал полиамид 6 при этом содержании ПОБ сохранял свою высокую гигроскопичность и масса образца, хранящегося при относительной влажности воздуха не более 60%, за 3 суток увеличилась на 7,6%, по сравнению с 1,2% у ПА6ПОБ7.

Также был изготовлен филамент из аналога ПА6ПОБ7, содержащий по массе в среднем 9% (8,1-10%) по массе ПОБ и полиамид 6 – остальное. Однако напечатанные образцы имели слишком высокую шероховатость и требовали окончательной механической обработки, при которой образца происходило частичное выкрашивание полимера, что свидетельствует о том, что при данном содержании имеются участки материала, где ПОБ не вступил в реакцию с полиамидом 6, либо его содержание превышает оптимальное и нарушается адгезия наполнителя (ПОБ) внутри материала.

Таким образом добавление 6-8% полиоксибензоила в полиамид 6 позволяет практически в 3 раза повысить износостойкость полиамида 6 при сухом трении.

Изобретение может быть использовано для изготовления деталей, работающих в паре сухого трения «полимер-металл». Антифрикционная полиамидная композиция включает полиамид 6 и полиоксибензоил в количестве 6-8 мас.%. Техническим результатом является увеличение износостойкости материала в отсутствие выкрашивающихся сухих смазок. 2 ил.

Антифрикционная полиамидная композиция, включающая полиамид 6 и целевую добавку, отличающаяся тем, что в качестве целевой добавки используют полиоксибензоил (ПОБ) при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиоксибензоил (ПОБ) – 6-8, полиамид 6 – остальное.