Антифрикционная полимерная композиция Советский патент 1982 года по МПК C08L27/18 C08K7/04 

(5) АНТИФРИКЦИОННАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ

Изобретение относится к термоплас тичным композициям на основе сополимера этилена и тетрафторэтилена (ЭТФЭ) , которые могут бытъ испо|Н зованы для изготовления разпиц«ых дета лей антифрикционного назначения, сочетакяцих высокую износостойкость с теплостойкостью и механической прочностью, например для изготовления ме тодом литья под давлением пора невых ко лец для компрессоров, а также втулок подшипников, манжет для угиготвёния штоков и т.п. Известны композиции на основе по литетрафторэтилена (ПТФЭ) и наполнителей , из которых наилучшими антифрикционными свойствами (например при применении в качестве пойиневых колец) обладают композиции с мо1Ютым коксом, у которых высокая износостойкость to Недостатками этой композиции являются низкие механические свойства разрушающее напряжение при растяжении материала 130 кгс/см, модуль упругости 800S-10000 кгс/см, твердость 5 кгс/см, склонность к ползучести (хладотекучести) и невысокое сопротивление деформациям гюд нагрузкой. Кроме того, такие композиции недостаточно технологичны, так как они не могут перерабатываться в издеtwe производительным и экономичны методом литья под давлением. Наиболее близкой к изобретению по составу и достигаемому результату яедяется антифрикционная полимерная коигюэицня, которая включает сополимер атилена с тетрафторэтиленом (ЭТФЭ и tD-20% графита. Известная композиция обладает хорошими антифрикционными свойствами, теплостойкостью и термостабильностью. КоэффИ44иент трения (без смазки) такой композиции составляет 0,1б-0, 2}. Однако эксплуатационные характеристики известной композиции сравнительно невысоки. Так, эксплуатацион38ная теплос7ойкость поршневых колец изготовленных из известной композиции составляет лишь 150°С, наработка на отказ колец 3500 ч, а износостойкость 6,8-10 г/ч. Кроме того, меха нические свойства композиции недостаточно высоки (разрушающее напря}кение при растяжении не превышает 180-250 кгс/см,а твердость 56,7 кгс/мм. Цель изобретения - повышение теп лостойкости и стойкости к износу. Поставленная цель достигается те что КОМПОЗИЦИЙ, содержащая сополиме этилена и тетрафторэтилена и графит допо/ 4ительно содержит волокнообраз нмй «аполнитепь, выбранный из групп включающей стекловолокно, углеродно волокно и асбест, при следующем соотнесении компонентов, мас.: Сополимер этилена с тетрйфторэтипемом60-93Графит -15 Волокнообразный наполнитель Введение волокнообразного напол 44теля 8 количестве менее 3% не обе печивает существенного улучшения эксплуатационных характеристик, а введение свыше 25% волокнообразного напоянителя значительно затрудняет переработку материала и вызывает его охрупчивание, я улучшения антифрикционных СВОЙСТ8 и перерабатываемостй литьем под дзелением предлагаемая композиция йопопнительно может включать ииэкомолекуляр( тонкодисперсный ПТФЭ в количестве 0, от общей массы композиции. В качестве сополи мера ЭТФЭ может быть использован сополимер, содержащий 0-60% тетрафторэтилена. примеры 1-8. В лопастной смеситель загружают порошкообразнь й сополимер ЭТФЭ (содержание тетрафторэт«леиа 56 мол. %, тжазатель т кучести расплава при 20 г/10м графит литей«мй «арки ГЯС (ТУ 2125-47)и Волокнообразный наполнитель рубленое стеклянное или углероднйе волокно со средней длиной волокон 5-to «м и диаметром 10-15 мкм, а также асбест (коротковолокнистый отсев). Эти компоненты перемешивают при скорости вращения мешалки ЙОО об/мин в течение 15 мин. Примеры 9 11. Композиции, образцы и детали из них готовят аналогично примерам 1-8, но в композицию дополнительно вводят порошкообразный тонкодисперсный ПТФЭ с молекулярным весом 0000 и температурой плавления 315° С. Примеры 12-й (контрольные) Композиции,образцы и детали из них готовят аналогично примерам 1-8 но без введения волокнообразного наполнителя. Ko позиции, полученные по примерам 1-11, подвергают грануляции на одночервячном экструдере при температуре по зонам 260°, 285 и 330С (на головке). Из полученных гранул подготавливают методом литья под давлением при 300, 320 и 330°С (на головке) поршневые кольца. Из этих гранул изготавливают методом горячего прессования при 300°С и удельном давлении 250 кгс/мм образцы для испытаний (листы 100x130x1,5 мм диски диаметром 30 мм и толщиной 5 мм, бруски 10x15x720 мм). Испытания на разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение производят согласно ГОСТ 112б2-7б на вырубленных из листов лопатках с шириной рабочей части 6,5 мм при 20С и скорости деформации 100 мм/мин. Теплостойкость по Вика и твердость по Бриннелю определяют на дисках диаметром 30 мм по ГОСТ 15065-69 и ГОСТ А670-77, соответственно; Величину коэффициента трения и износа определяют в условиях сухого торцевого трения- образцов в виде цилиндров диаметром 6 и высотой 15 мм, вытачиваемых из брусков 10x15x120 мм. Испытания проводят при скорости скольжения образцов 2 м/с и удельном давлении 7 кгс/см. Величину износа определяют на аналитических весах по уменьшению веса образцов (с точностью до 0,1 мг). . Состав композиций полученных по примерам 1-1, приведены в табл. 1. В табл. 2 представлены свойства композиций. Из табл. 2 видно, что предлагаемая композиция обладает значительно более высокими износостойкостью и физико-механическими свойствами (теплостойкостью, твердостью, прочностью) по сравнению с известной композицией. Износостойкость предлагаемой композираз, а величина ции в среднем в теплостойкости по Вика на 20-40 С превышают аналогичные показатели известной . Эксплуатационные характеристики деталей узлов трения, изготовленных из предлагаемых композиций, определяют путем стендовых и эксплуатацион ных испытаний поршневых .колец в холо дильных компрессорах. Этим испытания подвергают поршневые кольца, изгото ленные из композиции по примеру 3, кольца, изготовленные из известной композиции по примеру П, а также кольца, из серийной полиамидной композиции ТНК-2-Г5. Величину эксплуатационной теплостойкости определяют по максимальной температуре, зафиксированной в процессе длительной эксплуатации компрессора (300 чУ при воздействии которой поршневые кольца сохраняют свою форму, а компрессор - свои теплоэнергетические характеристики. Величина эксплуатационной теплостойкости поршневых колец из композиций на основе сополимера ЭТФЭ, как правило, на O-ijO превышает величину теплостойкости по Вика соответствующих композиций. Таким образом, теплостойкость по Вика является косвенной характеристикой эксплуатационной тепло стойкости. Надежность колец в эксплуатации оценивают в соответствии с ГОСТ 1337 75 по величине средней наработк.. .до отказа (ожидаемая продопжительКомпоненты,, мае. %

71

86 76 ность эксплуатации колец до первого отказа), Относительный срок службы колец (долговечность) прогнозируют по скорости изнашивания пары гильза-кольцо, исходя из предельно допустимого состояния пары. За базовое значение долговечности принят срок службы серийно применяемых поршневых колец из ТНК-2-15. Результаты стендовых и эксплуатационных испытаний приведены в |табл. 3. Из табл. 3 видно, что изготовлен ные из предлагаемой композиции поршневые кольца имеют величину эксплуатационной теплостойкости на 30°С выше, чем кольца, изготовленные из известной композиции, и на 60 С вьше, чем кольца, изготовленные из материала ТНК-2-15. У колец, изготовленных из предлагаемой композиции, больше срок службы и наработка на отказ. Изобретение позволяет получить на основе сополимера ЭТФЭ новый антифрикционный материал с ценным комплексом свойств, сочетающим повышенные эксплуатационные характеристики (износостойкость, эксплуатационная теплостойкость, срок службы, средняя наработка до отказа)с механической прочностью и хорошей перерабатываемостью в изделия производительным и экономичным методом литья под давлением без механической обработки. Таблица 1

Пример сополимер графит волокнообразный ЭТФЭ I ; стекло- углеродволокно j ное

4

88 85 86 60

7 4

5 6

15

7

k

8

Ц

9

k

76

10

k

83

11

5

95

12

97

3

13 и

звестный) 85

15

Компоненты, масД

ПТФЭ

I волокно

8 8

10

25

0,5

10

10

to

10 наполнитель низкомоле(кулярный тонасбест кодисперсный

Таблица 2

Предлагаемая

0,07

0,08

Известная

ТНК-2-15

0,09 Формула изобретения Антифрикционная полимерная компо зичия, содержащая сополимер этилена с тетрафторэтиленом и графит.отличающаяся тем, что, с целью повышения теплостойкости и стойкости к износу, она дополнитель но содержит волокнообразный наполни тель, выбранный из группы, включающей стекловолокно, углеродное волок о и асбест, при следующем соотноше НИИ компонентов, мас.%:

5000

.0

3500

1500

1,0 Сополимер этилена с тетрафторэтиленом 60-93 Графит -15 Волокнообразный наполнитель3 25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Паншин Ю.А. и др. Фторопласты Л., Химия, 1978, с. 217. 2.Киричек Б.И. и др. Антифрикционые материалы на основе фторопластов -4 и .- Технология судостроения 1971, N 6, с.86-92 (прототип).