Износостойкая полимерная композиция Советский патент 1992 года по МПК C08J5/16 C08L75/04 C08K13/04 C08K13/04 C08K5/06 C08K7/24 

Данная композиция обладает высокой износостойкостью и прочностью при растяжении (47 МПа), однако отмечено также высокое значение остаточного удлинения (50-70%), низкое значение относительного удлинения (9-12%).

Известна также полиуретановая композиция, которая содержит, мае.ч.:

Термопластичный

полиуретан100

Окись кремния1-7

Эпоксидная

смола2,005-12,025

Данная композиция обладает высокой прочностью при растяжении (23-25 МПа), абразивной износостойкостью (истирание 40-50 см3/кВт ч), низким значением остаточного удлинения (11-13%). Однако при этом имеет место низкое значение показателя текучести расплава 2,2-2,6 г/10 мин.

Наиболее близкая к предлагаемой по достигаемому эффекту композиция включает термопластичный полиуретан и фтороп- ласт-4 при соотношении компонентов, мае.ч,:

Термопластичный

полиуретан100

Фторопласт-420

Данная композиция обладает удовлетворительным показателем эластичности (220-250%) и высокой прочностью. Однако при трении такой композиции наблюдается широкий интервал изменения величины коэффициента трения (0,3-0,6) и сравнительно высокая температура в зоне фрикционного контакта (50°С).

Кроме того, композиция обладает недостаточной износостойкостью (0,0030 г/ч), микротвердостью поверхностного слоя, имеет неудовлетворительные значения показателя текучести расплава, что ограничивает применение такой композиции как износостойкой.

Цель изобретения - повышение износостойкости, увеличение срока эксплуатации изделий на основе полиуретановой композиции за счет стабилизации коэффициента трения, снижения температуры в зоне фрикционного контакта, повышения микротвердости поверхностного слоя и улучшения технологичности композиции.

Поставленная цель достигается тем, что в композиции, содержащей термопластичный полиуретан и фторорганическую добавку, в качестве фторорганической добавки она содержит соединение из класса перфто- рзфироа формулы

Н-С-{С ОСН2-№-СР2)

и дополнительно содержит базальтовую муку в качестве наполнителя при следующем соотношении компонентов, мае ч.: Термопластичный

полиуретан100

Фторорганическая добавка0,2-0,5

Базальтовая мука15-35

Использование вышеуказанной фторорганической добавки в составе полимерных композиций не известно,

Известно использование базальтового волокна в качестве наполнителя в полимерных композициях на основе термореактивных смол в целях повышения прочности и термостойкости.

Неожиданный эффект от применения базальтовой муки в предлагаемой композиции состоит не только втом, что базальтовая

мука придает высокие прочностные характеристики и твердость, но и в том, что отмечается значительное снижение (в 2-3 раза) и стабилизация коэффициента трения, снижение температуры в зоне фрикционного контакта при высокой стойкости к изнашиванию. Улучшенная технологичность предлагаемого материала позволяет перерабатывать его такими высокопроизводительными методами как литье под

давлением и экструзия.

Изобретение иллюстрируется примерами, представленными в табл.1 и 2. При введении в композицию фторорганической добавки более 0,5 мае,ч. не происходит

дальнейшее улучшение комплекса свойств материала (пример 11). Поэтому в целях экономии ценного сырья нецелесообразно вводить большее количество добавки. Содержание в композиции фторорганической добавки в количестве менее 0,2 мае.ч, создает трудности для равномерного распределения ее в массе полимера и, как следствие, увеличивается нестабильность свойств композиционного материала (пример 10).

При введении более 35 мас.ч. бэзальто- аой муки происходит ухудшение фрикционных, прочностных и технологических свойств материала (пример 12). Содержание

базальтовой муки в композиции в количестве менее 15 мас.ч. не позволяет достичь желаемого комплекса свойств материала (пример 9).

Фторорганическая добавка представляет собой полифторалкиловые эфиры мета- трикарбоновой кислоты, выпускаемой по ТУ-044-64-90,общие характеристики которой: молекулярная масса 2123-2077, плотность 1730-1540 г/см3, рН 6-7.

В качестве наполнителя взята базальтовая мука со средним размером частиц 5-15 мкм, полученная путем измельчения в шаровой мельнице в течение 2 ч отходов при производстве супертонких базальтовых во- локон (РСТ УССР-1970-86).

Для изготовления композиций берут промышленный термопластичный полиуретан марки ВИТУР Т-1413-85 по ТУ 6-55- 221-1057-89.

Композицию получают следующим образом.

Термопластичный полиуретан в виде мелких гранул размером не более 3-5 мм высушивают в вакуумном шкафу при 343- 353 К до влажности 0,7%, что можно проводить как перед стадией получения композиции, так и после нее непосредственно перед переработкой в изделия.

Введение фторорганической добавки осуществляли на смесителе типа пьяная бочка емкостью 20 кг со скоростью вращения 60 об/мин, углом наклона оси 30°, с загрузкой 1 /2 общего объема в течение 20- 30 мин.

Загрузка наполнителя и смешение проводится в течение 20 мин в тех же условиях.

Дальнейшая гомогенизация компонентов осуществляется в двухшнековом экстру- дере в расплаве при температуре 473-483 К (диаметр шнеков 30 м , отношение длины к диаметру шнека 20). Экструдат в форме жгута диаметром 2-3 м подвергали резке на цилиндрические гранулы высотой 3-5 м с помощью ножевого гранулятора.

Изделия получают на термопластавто- мате при температуре 433-383 К, продолжительность цикла литья от 40 до 120 с, время выдержки под давлением 10-15 с, время охлаждения в форме 35-80 с.

Состав композиций приведен в табл.1.

Определение коэффициента трения и массового износа композиций проводили на машине торцового трения И-47 на литьевых образцах в виде диска диамет- ром 22 м 10 , высотой 6 м . Контртелом служила втулка из стали ЗХ-13. Испытания проводили при скорости вращения 200 об/мин и нагрузке 0,05-0,07 МПа. Массовый износ образцов определяли путем их взвешивания через каждые 1800 с испытаний.

Физико-механические свойства композиций оценивали с помощью ряда стандартных методов испытаний по ГОСТ 270-75 на литьевых образцах в виде лопатки

Свойства композиций приведены в табл.2.

Из данных табл.2 видно, что положительный эффект от применения фтороргани- ческой добавки и мелкодисперсного базальтового наполнителя в предлагаемой композиции состоит в увеличении износостойкости, снижении и стабилизации коэффициента трения, температуры в зоне фрикционного контакта п условиях сухого трения по стали, а также в улучшении прочностных и реологиеских характеристик.

Свойства композиций, представленные в табл.2, свидетельствуют о том, что предлагаемая композиция имеет такое же высокое разрушающее напряжение, что и прототип. Однако относительное удлинение, значение микротвердости поверхностного слоя представленной композиции превышает аналогичные величины прототипа, а также отмечен более стабильный коэффициент трения и улучшение реологических характеристик.

Формула изобретения

Износостойкая полимерная композиция, содержащая термопластичный полиуретан и фторорганическую добавку, отличающаяся тем, что, с целью повышения износостойкости, увеличения срока эксплуатации изделий на ее основе и улучшения технологичности композиции, она содержит в качестве фторорганической добавки соединение из класса перфторэфиров формулы

Н-С {С ОСН2-(СР2-СР2)

и дополнительно содержит базальтовую муку в качестве наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Термопластичный

полиуретан100

Фторорганическая

добавка0,2-0,5

Базальтовая мука15-35

Таблица 1

Использование: изготовление изделий технического назначения, работающих в условиях сухого трения по металлу. Сущность изобретения: композиция содержит, мас.ч.: термопластичный полиуретан 100; фторор- ганическая добавка из класса перфторэфиров формулы Н-С (СР2-СРг)з-НЬ}з 0,2- 0,5; базальтовая мука 15-35. Компоненты композиции смешивают в смесителе типа пьяная бочка, гомогенизация компонентов производится в двухшнековом экструдере в расплаве при 473-483 К. Эктрудат гранулируют. Изделия получают на термопластавтомате Свойства композиции: массовый износ 0,0005-0,0008 г/ч, коэффициент трения 0,20- 0,27, температура в зоне трения 30-35°С, микротвердость 1,5-2,3 МПа, относительное удлинение 401-550%. 2 табл. ч. Ё а 00 S ел приводных ремнях, втулках, кольцах, различных уплотнительных элементах. Известна полиуретановая композиция, содержащая в качестве минерального дисперсного наполнителя окись титана при соотношении компонентов, мас.ч.: Термопластичный полиуретан 100 Окись титана1-10

Та бл и q a 2