Антифрикционная полимерная композиция Советский патент 1993 года по МПК C08J5/16 C08L27/18 C08K3/34 C08J5/16 C08L27/18 C08L27/18 C08L65/02 

Изобретение относится к конструкционным полимерным композиционным материалам антифрикционного назначения и может быть использовано для изготовления уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения, герметичных уплотнений в узлах машин и механизмов авиационнокрсмиче- ской, сельскохозяйственной техники, автомобильного, железнодорожного и водного транспорта, в оборудовании часовой, химической, нефтехимической промышленности и др. отраслях.

Целью изобретения явлется повышение износостойкости материала из данной композиции при температурах до 350°С.

Поставленная цель достигается тем, что композиция на основе политетрафторэтилена и поли-пара-оксибензоила, дополнительно содержит /3 -сиалон, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

/3-сиалон0.5-10

Поли-пара-оксибензоил (ПОБ) 0,5 50

Политетрафторэтилен

(ПТФЭ)остальное.

00

ю

ю

XI

00

Для изготовления композиции использовали ПТФЭ - фторопласт-4- промышленный продукт, получаемый в соответствии с ГОСТ 10007-80, со степенью кристалличности до спекания 95-98%, после спекания 50-70% и плотностью 2,10-2,18 г/см3, Т™ 327°С. ПОБ выпускается опытно-промышленными партиями в соответствии с регламентом 1931 (КНИИХП, г.Кемерово), со степенью кристалличности до спекания 85- 95%, после спекания 40-65% и плотностью 1,40-1,60 г/см3, Траэл.500°С,

/J -сиалоны - высокодисперсные неорганические наполнители общей формулы Sle-xAlxOxNa-x, где (,8-4), представляющие собой твердые растворы снжсида алюминия и нитрида алюминия и в нитриде кремния, получены плазмохимическим синтезом. Удельная поверхность /3-сиалонрв 50-70 , размер частиц 0,01-0,18 мкм, выпускаются по ТУ 88 Латв.ССР 079-88.

Предлагаемая композиция ПОБ в соче тании с ПТФЭ и / -еиалоном обеспечивает в материале износостойкость при повышенной температуре. Известные материалы работают при 60-220°С. Предлагаемый материал работает при температурах от 60°Сдо360°С.

Увеличение износостойкости материала можно объяснить поданным структурных исследований. Основными элементами структуры наполненных систем становятся различные по форме и размерам сфероли- ты, которые а ненаполненнрм состоянии не наблюдаются. Развитие и рост сферолитов происходит от частиц ультрадисперсных наполнителей, т.е. наполнитель является искусственным зародышем надмолекуяярных структурообразований, что подтверждено результатами рентгеноструктурных исеяе- дований

Для получения антифрикционной композиции смешивают расчетные количества ПТФЭ, ПОБ и еиалона в высокоэффективном смесителе до получения однородной массы. Затем сушат и методом холодного прессования получают заготовки необходимой формы, которые спекают либо компрессионно, либо свободным способом при 370±5°С.

П р и м е р 1. Смешивают 99 г ПТФЭ, 0,5 г ПОБ и 0,5 г jS-сиалона состава SI2AU04N4B высокоэффективном смесителе до получения однородной массы. После смешивания сушат в шкафу при 120-140°С в течение 2 ч. Подготовленный пресс-материал помещают в холодную пресс-форму и прессуют при удельном давлении 50 МПа. Не вынимая материал из пресс-формы, проводят компрессионное спекание«эделия. Охлаждение проводят в обогреваемой пресс-форме со скоростью один градус в минуту.

При ме р2. 89,5 г ПТФЭ, 10 г ПОБ и

0,5 г / -сиалона состава Sl5,2Alo,80o,eN7.2 смешивают в смесителе до получения однородной массы, которую затем сушат при 120-140°С в течение 2 ч. Готовый пресс-ма териал прессуют методом холодного прессования (удельное давление 50 МПа). Свободное спекание изделий проводят в электрической печи при 370±5°С в течение 2ч. Охлаждение изделий проводят непосредственно в печи.

Остальные примеры получения антифрикционных полимерных композиционных материалов проводили аналогично описанным выше. Состав заявляемых композиций приведен в табл.1

Все полученные материалы были охарактеризованы физико-механическими, трибрлогическими свойствами (см.таблицу). Физико-механические свойства полученных композитов определены на стандартных образцах. Прочностные испытания проводили на машине Instron при скорости движения прочностных захватов 100 мм/мин. Испытания на растяжение проводили по ГОСТ 11262-80, испытание на сжатие по ГОСТ 4561-78. Ударную вязкость по Шарли (без надреза) определили по ГОСТ 4647-80. Гбтбвые изделия испытали на антифрикционные свойства (ГОСТ 11629- 75) и износостойкость (ГОСТ 26614-85).

Максимально допустимые температуры эксплуатации определили дифференциально-термическим методом (ДТМ) по температуре плавления (ГОСТ 2 f553-76) и температуре размягчения при изгибе (ГОСТ

12021-75), а также по теплостойкости по Мартенсу (ГОСТ 21341-75);

Как следует из приведенных данных, заявляемые антифрикционные полимерные материалы имеют высокую износостойкость, в сочетании с высокими физико-механическими показателями. Так коэффициент трения уменьшился е 1,5 раза, износостойкость выросла в 1,4-10 раз, что привело к увеличению ресурса работы узлов трения

(торцовые уплотнения). Максимальная тем- перэтура эксплуатации увеличилась на 10- 1309С, что позволяет использовать разработанные материалы в интервале температур 40-320°С. Материал обладает также свойством самозалечивания, т.е. имеет способность поглощать абразивные частицы, не разрушаясь при этом. Также материал обладает малой газопроницаемостью и может использоваться в герметичных узлах

(пара трения торцовых уплотнителей, сепараторы подшипников и др.)- Значительно увеличился ресурс работы узлов трения (торцевые уплотнения).

Формула иэобрет е ни я Антифрикционная полимерная композиция, включающая политетрафторэтилен и поли-параоксибензоил, отличающая- с я тем, что, с целью повышения износостойкости материала изданной композиции при температурах до 350°С, она дополнительно содержит / -сиалон общей формулы Sie-xAlxOxNe-x, где х-0,8-4,0, при следую- щем соотношении компонентов, мае. %: Д-сиалон указанной формулы 0,5-10 Поли-параоксибензоил0,5-50 Политетрафторэтилен Остальное до 100

Использование: изготовление уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения, герметичных уплотнений в узлах машин и механизмов авиационно-космической, сельскохозяйственной техники, автомобильного, железнодорожного и водного транспорта, в оборудовании часовой, химической, нефтехимической промышленности и др. отраслях. Сущность изобретения: антифрикционная полимерная композиция содержит, %: /б-сиалон общей формулы Sie-xAlxOxNe-x, где .8-4,0, 0,5-10, поли- пара-оксибензол 0,5-50 и политетрафторэтилен - остальное до 100. Характеристика композита: ударная вязкость по Шарпи (без надреза) 25-100 кДж/м2, прочность при сжатии 12-24 МПа, прочность при растяжении 10-20 МПа, относительное удлинение при растяжении 115-295%, коэффициент трения без смазки 0,10-0.20. интенсивность износа (I.O-e. г/ч, максимальная температура эксплуатации 230-350°С. 1 табл. у Ј

Состав и свойства антифрикционных полимерных композитов

1Известии (прототип)

антифрикционный композит

ПТОЭ-75

ПОб-ZO

Но 5