Антифрикционный композиционный материал Советский патент 1993 года по МПК C08J5/16 C08L27/18 C08K13/06 C08K13/06 C08K3/08 C08K3/30 C08K9/04 

Изобретение относится к области полимерных композиционных материалов, а именно - к антифрикционным композиционным материалам на основе фторопласта- 4, предназначенным для изготовления деталей несмазываемых узлов трения машин.

Целью изобретения является повышение точности геометрических размеров изделий из данного материала, а также физико-механических и триботехнических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что антифрикционный композиционный материал содержит политетрафторэтилен, дисульфид молибдена, в качестве металлического наполнителя - порошок оловянно- свмнцовистой бронзы и в качестве углеродного наполнителя - углеродное волокно длиной 0,05-0,5 мм, полученное из выдержанного в течение не менее 48 ч в жидком фреоне карбонизованного углеволокнисто- го материала на гидратцеллюлозной основе, высушенного и измельченного в присутствии порошка политетрафторэтилена до волокон указанной длины.

Обработка углеволокнистого материала жидким фреоном с последующим измельчением в присутствии порошка политетрафторэтилена обеспечивают значительную химическую и механическую активацию поверхности частиц углеродного волокна, их взаимодействие с политетрафторэтиленом в процессе измельчения с образованием прочных адгезионных связей, вследствие чего существенно увеличиваются прочность соединения матрицы с волокнистым наполнителем и плотность упаковки частиц антифрикционного материала, что на макроуровне выражается в повышении прочности и снижении усадки материала, не ухудшая антифрикционных свойств матрицы - политетрафторэтилена.

Приме р. Для изготовления материала порошок фторопласта-4 марки ПН 80% мае., порошок оловянно-свинцовистой бронзы БрОС 15-5 8 мас.%, дисульфид молибдена ДМ-1 2 мас.% и 10 мас.% углеродного волокна с длиной волокон 0,05...0.5 мм смешивают в смесителе с частотой вращения 2800 мин-1, прессуют заготовки при давлении 1000-1100 кгс/см2 и спекают при температуре (360i5)°C с выдержкой при этом температуре из расчета 8-9 мин на 1 мм толщины стенки заготовок. Нагревание материала до температуры спекания проводят со скоростью 1,5-2 град/мин, охлаждение от температуры спекания до 327°С со скоростью 0,3-0,4 град/мин, от 327 до 20°С - свободное охлаждение вместе с печью.

Углеродное волокно с указанной длиной волокон получают следующим образом. Карбонизованный углеволокнистый материал, например, УРАЛ Т-10, выдерживают в жидком фреоне, например хладоне 113, не менее.48 ч. Выдержка менее 48 ч не обеспечивает достаточной прочности антифрикционного материала из-за плохой адгезии фторопласта-4 к аолокну,

8 качестве карбонйзованного углево- локнистого материала используют УРАЛ Т- 10. УВК-ГА, УУТ-2 или Материал углеродный резаный для производства углепласти- ков по ТУ 6-06-И 124-85.

В качестве жидких фреонов используют хладон 113, хладон 11, хладон 122.

После сушки материал разрезают на кусочки и измельчают в мельнице в присутствии порошка фторопласта-4 до достижения размеров частиц волокна 0,05...0,5 мм, например, измельчение проводят в те- чение 3-9 мин в мельнице с подовыми вращающимися ножами с частотой вращения 7000 .

Рецептура композиций представлена в табл.1, свойства материала - в табл.2.

Определение прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве проводят по ГОСТ 11262-80, модуля упругости по ГОСТ 9550-81.

Триботехнические характеристики определяют на машине трения, работающей.

по схеме палец-диск, где пальцы диаметром 5 мм изготавливают из испытуемого материала. Материал диска (контртела) - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5949-75, скорость скольжения 1 м/с, давление на поверхность

трения 30 кгс/см , рабочая среда - гелий газообразный,

Определение величины усадки MSb (%) спеченного образца в направлении, перпендикулярном направлению прессования (по

диаметру), проводят по формуле

мзь-

UQ

где Do - диаметр матрицы пресс-формы, мм;

DI - диаметр образца после спекания, мм,

По результатам определения усадки на десяти образцах рассчитывают колебания усадки Д MSb (%) по формуле

AMSb Sntan,

гдеЗп -средняя квадратичная погрешность отдельного результата, %;

- коэффициент Стьюдента. Результаты испытаний материалов приведены в табл.2.

Как следует из представленных данных, прочность предлагаемого материала на 10- 40%, модуль упругости на 30-50% выше, чем у прототипа. При этом относительное

удлинение предлагаемого материала достаточно для изготовления уплотняющих элементов из этого материала. Скорость изнашивания предлагаемого материала почти в 2 раза ниже, а коэффициент трения

на 30-40% ниже, чем у прототипа. Усадка предлагаемого материала в 2-3 раза меньше, чем у материала КВН-3, при более низких значениях колебаний усадки (снижение на 20-30%).

Комплексное улучшение свойств предлагаемого материала позволит вдвое увеличить ресурс работы узлов трения и их надежность (за счет увеличения прочности) с применением данного материала. Благодаря значительному снижению усадки материала и ее стабилизации появляется возможность изготовления подвижных уплотнений из этого материала прогрессивным методом прямого формования.

Формула изобретения Антифрикционный композиционный материал из политетрафторэтилена, дисульфида молибдена, металлического порошка и углеродного наполнителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности геометрических размеров изделий из данного материала, а также физико-механических и триботехнических характеристик, материал в качестве металлического порошка содержит порошок оловянно- свинцоаистой бронзы, а в качестве углеродного наполнителя - углеродное волокно длиной 0,05-0,5 мм, полученное из выдержанного в течение не менее 48 ч в жидком фреоне карбонизованного углеволокнисто0

го материала на гидратцеллюлозной основе, высушенного и измельченного в присутствии порошка политетрафторэтилена до волокон указанной длины, причем компоненты взяты в следующем соотношении. мас.%:

Политетрафторэтилен 80-82

Дисульфид молибдена 1-3

Порошок оловянно-свинцовистой бронзы5-12

Указанное углеродное

волокно5-12.

Использование: изготовление подвижных уплотнений для несмазываемых узлов трения машин. Сущность изобретения: антифрикционный композиционный материал содержит, %: политетрафторэтилен 80-82; дисульфид молибдена 1-3; порошок оловян- но-свинцовистой бронзы 5-12 и углеродный наполнитель 5-12. Углеродный наполнитель представляет собой углеродное волокно длиной 0,05-0,5 мм, полученное из выдержанного в течение не менее 48 ч в жидком фреоне карбонизованного угле волоки истого материала на гидратцеллюлозной основе, высушенного и измельченного в присутствии порошка политетрафторэтилена до волокон указанной длины. Свойства материала: прочность при растяжении 225- 279 кгс/см2, относительное удлинение при разрыве 54-192%, модуль упругости при растяжении 3900-4480 кгс/см2; усадка спеченного образца в направлении, перпендикулярном направлению прессования (по диаметру), составляет 0,60-0,97%, колебания усадки 0,19-0,24%; триботехнические характеристики: скорость изнашивания 0,065-0,068 мг/ч, коэффициент трения 0,06-0,07 (испытания по схеме палец-диск, материал диска - сталь 12Х18Н10Т, скорость скольжения 1 м/с, давление на поверхность трения 30 кгс/см2, рабочая среда - гелий газообразный). 2 табл. ел

Рецептура композиций

Свойства материала

Таблица

Таблица 2