Brevet FR2400060A1 — publié le 19790309

La présente invention concerne une composition anti-friction destinée à la fabrication de matériaux de construction anti-friction pour des pièces à frottement sec. On connatt des compositions anti-friction pour des matériaux anti-friction utilisant comme liant des polymères carboranés (brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 850 820). Les matériaux connus pré sentent l'inconvénient d'être d'une technologie compliquée nécessitant beaucoup de travail et d'être difficiles à transformer en pièces. lie but de l'invention est d'éliminer ces inconvénients. On s'est proposé dans la présente invention de créer des compositions anti-friction faciles à transformer en pièces et stables thermiquement à des températures égales ou supérieures à 3000 C dans des conditions dynamiques de frottement à sec. Ce but est atteint par une composition qui contient, selon l'invention: a) de 0,1 à 10 7' en poids d'un polyamide m-carborané de structure - OC - C310 H10 C - CORU - R - NH d'un poids moléculaire de 25 000 à 100 000, dans lequel R est : b) de 90 à 99,9 % en poids de graphite et/ou de disulfure de molybdène, ou bien un mélange des composants a) et b) en combinaison avec c) un polyamide aromatique de structure -OC - R' - COS - R" - NE d'un poids moléculaire de 20 000 à 150 000, dans lequel R' est dans les proportions suivantes : de 0,1 à 10 % en poids de composant a), de 15,5 à 89,9 ffi en poids de composant b) et de 10 à 74,5 ffi en poids de composant c). lies composants précités doivent être choisis dans les limites indiquées de façon que leur quantité totale soit de 100 %. L'introduetion des polyamides m-carboranés pris dans les quantités indiquées ci-dessus dans les compositions anti-friction permet d'en augmenter considérablement la résistance à la chaleur, a lthumidité et à l'oxydation par l'oxygène aux températures élevées et d'en améliorer le pouvoir lubrifiant dans les conditions de frottement à sec. lies compositions anti-friction selon l'invention peuvent être utilisées pour la fabrication de matériaux anti-friction. Elles peuvent être utilisées en particulier pour la fabrication de cages des roulements, de coussinets de paliers lisses, de balais de machines électriques, de pièces d'engrenages ou autres travaillant dans des groupes de frottement sec, où il est impossible ou inadmissible d'utiliser des lubrifiants fluides ou consistants, tels que par exemple: divers dispositifs électriques à vide, appareils électroniques, équipement de projection cinématographique, équipements de l'industrie légère et de l'industrie alimentaire, action de hautes températures, d'agents corrosifs, du vide ou de radiations. lies compositions selon l'invention peuvent contenir, outre la charge anti-friction (graphite et disulfure de molybdène), une poudre métallique, par exemple de cuivre, de fer ou de nickel. On obtient dans ce cas des matériaux anti-friction possédant de meilleures propriétés technologiques et physiques et une conductibilité thermique et électrique élevée. D'autres variantes des compositions sont également possibles en fonction des applications précises envisagées -composition contenant de 0,1 à 10 % en poids de polyamide m-carnorané, de 10 à 74,5 % en poids de polyamide aromatique et 15,5 à 89,9 ç en poids de mélange graphite-poudre métallique (par exemple, cuivre, fer, nickel) dans le rapport pondéral graphite/métal de 10:1; -composition contenant de 0,1 à 10 % en poids de polyamide m-carborané, de 10 à 74,5 % en poids de polyamide aromatique et de 15,5 à 89,9 les compositions anti-friction selon l'invention sont obtenues en mélangeant dans un broyeur vibrant les polymères et les charges pulvérulentes de manière à obtenir une masse homogène. La composition ainsi obtenue est soumise à une compression à une température de 320 à 5000 C et sous une pression de 800 à 5 000 kg/cm2. A la suite de ce traitement on obtient des matériaux anti-friction sous forme de masse monolithiques utilisées comme pièces brutes pour la fabrication de pièces à frottement sec. lies matériaux anti-friction à base des compositions selon l'invention peuvent être utilisés avec succès dans une gamme étendue de températures pouvant atteindre 4000 C, à l'air comme sous vide, sous l'action de radiations, ainsi que dans d'autres conditions ne permettant pas l'utilisation de lubrifiants fluides et consistants. Les matériaux anti-friction obtenus à partir des compositions anti-friction selon l'invention, possèdent des propriétés physiques et mécaniques élevées: résistance à la compression de 500 à 2 000 kg/cm2, dureté de 18 à 40 kg/mm2, résilience de 2 à 10 kg.cm/cm2. Ils possèdent également des caractéristiques anti-friction améliorées dans une gamme étendue de températures pouvant atteindre 4000 C; un coefficient de frottement faible et stable de 0,01 à 0,10 et une faible intensité d'usure linéaire de 0,4 à 5 x D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de préparation de compositions anti-friction. Exemple f On mélange 0,1 g de polyamide m-carborané de structure d'un poids moléculaire de 100 000, 10 g de polyamide aromatique de structure d'un poics mdléculaire de 150 000, et 89,9 g de graphite dans un broyeur vibrant à boulets pendant 1 minute. lia masse homogène ainsi obtenue est chargée dans un moule et soumise à un moulage pour fa briquer une douille. Régime de moulage : température 4000 a, pres sion de 5 000 kg/cm2; temps de maintien à cette température : 5 mi nutes.Ensuite le moule est ref -oidi jusqu'à la température de 500 C, la douille est démoulée et soumise à des essais de frottement. lies essais ont été effectués sur une machine à frottement en bout à une vitesse de glissement de 2 m/s et sous une charge de 2 kg/cm2. lie contre-corps est une douille de la même forme en acier au chrome. lia douille ainsi fabriquée possède les caractéristiques suivan tes : coefficient de frottement aux-températures de 300 à 3500 C: 0,02; intensité d'usure linéaire à la température de 3000 C : 5x10 9. Ci-après, on indique d'autres compositions obtenues de façon analogue à celle décrite dans l'exemple 1. 5 Exemple 2 a) polyamide m-carborané de structure 1,5 0 en poids d'un poids moléculaire de 100 000 b) graphite 50 5 en poids ) c) polyamide aromatique de structure 4E,5 % en poids d'un poids moléculaire de 100 000 Coefficient de frottement à la température de 500 à 3500 C 0,03. Intensité d'usure linéaire : 1x10-9. Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Exemple 3 a) polyamide m-carborané selon l'exemple 1 5 'o en poids b) graphite 95 % en poids Coefficient de frottement à la température de 500 à 3500 C 0,01. Conditions d'essai : comme dans l'exemple 1. Exemple 4 a > polyamide m-carborané selon l'exemple 2 2 % en poids b) graphite 80 % en poids c) polyamide aromatique de structure 18 Coefficient de frottement à la température de 350 C : 0,03; Intensité d'usure linéaire : 5 x 10 9. Conditions d'essais : selon l'exemple 1. Exemple 5 a) polyamide m-carborané de structure 10 % en poids d'un poids moléculaire de 50 000. b)graphite 20,1% en poids c) polyamide aromatique de structure 69,9 % en poids d'un poids moléculaire de 50 000 Coefficient de frottement à la température de 3000 C : 0,1 O; intensité d'usure linéaire : 4,5 x 10 9. Conditions d'essais : selon l'exemple 1. Exemple 6 a) polyamide m-carborané selon l'exemple 1 2 % en poids b) graphite 54 % en poids c) polyamide aromatique selon l'exemple 1 35 % en poids disulfure de polybdène 9 % en poids Coefficient de frottement à la température de 300 à 3500 C 0,03; intensité d'usure linéaire à la température de 3200 C : 0,9 x Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Exemple 7 a) polyamide m-carborané de structure 4 %e en poids d'un poids moléculaire de 25 000 b) graphite 60 % en poids c) polyamide aromatique selon l'exemple 1 30 % en poids poudre de fer 6 % en poids Coefficient de frottement à la température de 3500 C : 0,04; intensité d'usure linéaire : 3 x 10-9. Conditions d'essais : comme dans l'exemple 1. Exemple 8 a) polyamide m-carborané de structure 1 % en poids d'un poids moléculaire de 50 000 b) disulfure de molybdène 99,9 % en poids Coefficient de fro tement à la température de 3800 C : 0,05. Conditions d'essai : comme dans l'exemple 1. exemple 9 a) polyamide m-carborané de structure 4 G en poids d'un poids moléculaire de 25 000 b) graphite 60 % en poids c) polyamide aromatique selon l'exemple 1 26 % en poids disulfure de molybdène 10 % en poids Coefficient de frottement à la température de 3500 C : 0,04. Intensité d'usure linéaire : 3,2 x 10 9. Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Exemple 10 a) polyamide m-carborané selon l'exemple 7 20 t% en poids b) graphite 42 % en poids c) polyamide aromatique selon l'exemple 1 31 % en poids disulfure de molybdène 7 % en poids Coefficient de frottement à la température de 4000 C : 0,03. Intensité d'usure linéaire : 1 x 10 9. Conditions d'essais : comme dans l'exemple 1. Exemple Il a) polyamide m-carborané selon l'exemple 1 8 ffi en poids b) graphite 60 % en poids c) polyamide aromatique selon l'exemple 1 52 % en poids Coefficient de frottement à la température de 3700 C : 0,02. Intensité d'usure linéaire : 1,2 x 10 9. Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Exemple t2 a) polyamide m-carborané de structure 1 % en poids d'un poids moléculaire de 50 000 b) graphite 42 ó en poids c) polyamide aromatique de structure 50 % en poids d'un poids moléculaire de 20 000 disulfure de molybdène 7 ss en poids Coefficient de frottement à la température de 3000 C : 0,03. Intensité d'usure linéaire : 1,4 x 10 9. Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Exemple 13 a) polyamide m-carborané selon l'exemple 2 0,1 % en poids b) graphite 60 Ho en poids c) polyamide aromatique de structure 33,9 % en poids d'un poids moléculaire de 30 000 poudre de cuivre 60 % en poids Coefficient de frottement à la température de 3000 C : 0,06 7 Intensité d'usure linéaire : 3 x 10 9. Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Exemple 14 a) polyamide m-carborané selon l'exemple 1 0,5 % en poids b) graphite 99,5 % en poids Coefficient de frottement à la-température de 300 C : O,G2. Conditions d'essai: comme dans l'exemple 1. Exemple 15 a) polyamide m-carborané selon l'exemple 1 1 ,O % en poids b) disulfure de molybdène 99 % en poids Coefficient de frottement à la température de 3000 C : 0,03. Conditions d'essai: comme dans l'exemple 1. Exemple 16 a) polyamide m-carborané selon l'exemple 1 1 % en poids b) graphite 24,5 % en poids c) polyamide aromatique selon l'exemple 1 74,5 en poids Coefficient de frottement à la température de 300 à 3500 C : 0,01. Intensité d'usure linéaire à la température de 3000 C : 0,5 x 10 9. Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Exemple 17 a) polyamide m(carborané selon l'exemple 9 5 % en poids b) graphite 36 % en poids c) polyamide aromatique de structure 53 % en poids d'un poids moléculaire de 30 000 disulfure de molybdène 6 % en poids Coefficient de frottement à la température de 300 à 3500 C 0,05. Intensité d'usure linéaire à la température de 3200 C : 1,0 x 10-9. Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Exemple 18 a) polyamide m-carborané de structure 10 % en poids b) graphite 72 % en poids c) polyamide aromatique de structure 10 % en poids alun poids moléculaire de Du uuu poudre de cuivre 8 % en poids Coefficient de frottement à la température de 300 à 3500 C : 0,03. Intensité d'usure linéaire à la température de 3000 C : 3,2 x Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Exemple 19 a) polyamide m-carborane selon l'exemple 1 4 % en poids b) graphite 60 % en poids c) polyamide aromatique de structure 26 fa en poids d'un poids moléculaire de 20 000 poudre de nickel 10 % en poids Coefficient de frottement a la température de 3000 C : 0,04. Intensité d'usure linéaire : 2,1 x 1G 9. Conditions d essais comme dans l'exemple 1. Exemple 20 a) polyamide m-carborané de structure 5 r en poids d'un poids moléculaire de 25 000 b) graphite 15,5 % en poids c) polyamide aromatique de structure 79,5 ?; en poids d'unpoids moléculaire de 30 000 Coefficient de frottement à la température de 3000 C: 0,10. Intensité d'usure linéaire : 5 x 10 9. Conditions d'essais: comme dans l'exemple 1. Revendications 1 - Composition anti-friction, caractérisée en ce qu'elle con tient a) de 0,1 à 10 % en poids d'un polyamide m-carborané de structure -OC-CB10-H10-C CONH-R-NHd'un poids moléculaire de 25 000 à 100 000, dans lequel R est b) de 90 à 99,9 % en poids de graphite et/ou de disulfure de molybdène, ou bien un mélange des composants a) et b) en combinaison avec c) un polyamide aromatique de structure -OC-R'-CONH-R''-NH d'un poids moléculaire de 20 000 à 150 000, dans lequel R' est : dans les proportions suivantes: de 0,1 à 10 % en poids de composant a), de 15,5 à 89,9 /3 en poids de composant b), et de 10 à 74,5 / en poids de composant c). 2 - Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient de G,1 à 10 r en poids de polyamide m-carborané, de 10 à 74,5 ss en poids de polyamide aromatique et de 15,5 à 89,9 r en poids d'un mélange de graphite et de poudre d'un métal choisi parmi le cuivre, le fer et le nickel, dans un rapport pondéral graphite/ métal de 10/1. 3 - Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient de 0,1 à 10 % en poids de polyamide m-carborané, de 10 à 74,5 r en poids de polyamide aromatique et de 15,5 à 89,9 % en poids d'un mélange graphite-disulfure de molybdène dans un rapport pondéral graphite/disulfure de molybdène de 6/1.