ПРЕПРЕГ АНТИФРИКЦИОННОГО ОРГАНОПЛАСТИКА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО
ANTIFRICTION ORGANOPLASTIC PREPREG AND ARTICLE MADE FROM SAID PREPREG

Изобретение относится к области производства металлополимерных антифрикционных материалов и изделий и может быть использовано, в частности, при изготовлении высоконагруженных подшипников скольжения в машино- и судостроении, авиационной промышленности и других областях техники.
Известен препрег для получения конструкционного материала с антифрикционными свойствами, включающий связующее на основе продукта взаимодействия эпоксидной смолы, бензгуанамина, ε-капролактама и фенолформальдегидного новолака, отверждаемое ароматическим амином, и армирующий наполнитель - ткань на основе полиамидных волокон (патент РФ №2179984).
Недостатками известного препрега и изделий, выполненных из него, являются недостаточная износостойкость (высокий коэффициент трения) и небольшое время эксплуатации при повышенных температурах.
Известен препрег для получения антифрикционных изделий, включающий тканый каркас, состоящий из наружного слоя нитей политетрафторэтилена, переплетенных с внутренним слоем высокопрочных органических волокон, в котором тканый каркас предварительно пропитывают термореактивным связующим, отверждаемым ароматическим амином (патент РФ №2178103).
Недостатками известного препрега и изделий, выполненных из него, являются невысокие антифрикционные свойства и низкая прочность на отрыв от металла. Кроме того, известные изделия изготавливаются из металлического листа с наформованным на него препрегом методом штамповки, что не позволяет изготавливать сложные узлы трения (типа сферических подшипников и др.).
Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип, является препрег для получения антифрикционных изделий, включающий фенольно-каучуковое связующее и тканый наполнитель, состоящий из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из высокопрочных высокомодульных полиимидных волокон при следующем соотношении компонентов, мас.%: связующее - 14-24, тканый наполнитель - 76-86, а также изделие, выполненное из указанного препрега (патент РФ №2313010).
Недостатками указанного препрега и изделий, выполненных из него, являются недостаточно высокая прочность при отслаивании от металла и невысокий уровень удельной нагрузочной способности.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание препрега антифрикционного органопластика для изготовления изделий с повышенной прочностью при отслаивании от металла (не менее 4 кгс/см) и высокой удельной нагрузочной способностью при сохранении антифрикционных свойств (низкий коэффициент трения) на уровне прототипа.
Для решения поставленной технической задачи предложены:
- препрег антифрикционного органопластика, включающий фенольно-каучуковое связующее и тканый наполнитель, состоящий из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из высокопрочных органических нитей, в котором в качестве высокопрочных органических нитей используют некрученые нейтральные арамидные нити Русар с номинальной линейной плотностью 14,3; 29,4; 58,8 текс, удельной разрывной нагрузкой не менее 210 сН/текс и удлинением при разрыве не менее 2,6%, при этом связующее и тканый наполнитель взяты в следующем соотношении, мас.%: фенольно-каучуковое связующее - 15-24, тканый наполнитель - 76-85;
- изделие, выполненное путем формования указанного препрега.
Авторами установлено, что использование некрученой нити Русар позволяет получить антифрикционное покрытие с более высокой (в 2 раза) прочностью при отслаивании от металла, так как элементарные волокна некрученой нити Русар имеют более равномерный контакт с металлической подложкой - увеличивается площадь соприкосновения нити с металлической подложкой, пленка связующего имеет более равномерную толщину, и связующее более равномерно распределяется во внутреннем арамидном слое тканого наполнителя. Нить Русар обладает более высокой прочностью (разрывная нагрузка по утку составляет 561 кгс, в то время как у прототипа этот показатель равен 250 кгс) и жесткостью, что дает возможность изготавливать металлополимерные изделия, работоспособные при более высоких удельных нагрузках, что увеличивает время эксплуатации узлов трения. Кроме того, нить Русар, в отличие от полиимидной нити по прототипу, недефицитна, и стоимость ее в 6 раз ниже. Из заявляемого препрега можно изготавливать узлы трения разнообразных форм и размеров: втулки - простые и с фланцами, сферические самоустанавливающиеся подшипники и др. Получаемые из заявляемого препрега антифрикционные изделия обладают высокой износостойкостью при небольшой толщине антифрикционного покрытия, защищающего поверхность металла от фреттинг-коррозии.
Примеры осуществления
Пример 1.
Фенольно-каучуковое связующее АФК-101, включающее резольную фенольную смолу, алкилфеноламинную смолу и бутадиеннитрильный каучук (ТУ 1-595-11-906-2006), наносили на ткань техническую арт.5392-81Р (ТУ 8378-161-35227510-2008). Содержание связующего в препреге составляло 24 мас.%.
2
Полученный препрег выкладывали на несущей основе - пластинах из нержавеющей стали. На подготовленную поверхность наносили два слоя связующего и укладывали препрег наружным слоем вверх. Собранный пакет помещали в гидравлический пресс, прикладывали удельное давление 15-20 кгс/см и выдерживали 3 ч.
Примеры 2,3 осуществляли аналогично примеру 1. В примере 2 использовали фенольно-каучуковое связующее, включающее фенольную смолу и нитрильный каучук (ТУ 6-17-663-84). Составы препрегов приведены в таблице 1, свойства антифрикционных изделий по примерам 1-3 - в таблице 2.
Таблица 1
Наименование компонентов препрега
Состав по примерам, мас.%
Прототип
1
2
3
Связующее:
АФК-101 (ТУ 1-595-11-906-2006)
24
-
18
18
Фенольно-каучуковое (ТУ 6-17-663-84)
-
15
-
-
Тканый наполнитель:
Ткань техническая арт.5392-81Р (ТУ 8378-161-35227510-2008)
76
85
-
-
Ткань техническая арт.5387/2-79Р (ТУ 8378-162-35227510-2008)
-
-
82
-
Ткань техническая арт.5392-81 (ТУ 8278-124-35227510-2005)
82
Таблица 2
Наименование свойств
Примеры по изобретению
Прототип
1
2
3
Максимальная длительная температура эксплуатации, °С
220
220
220
220
Прочность при отслаивании антифрикционного покрытия от конструкционной стали, кгс/см
5,2
4,2
4,8
2,5
Удельная нагрузочная способность, МПа (при скорости скольжения 0,1 м/с)
65
60
75
50
Коэффициент трения
0,08
0,08
0,07
0,09
Жизнеспособность препрега, мес.
15
12
15
15
Стоимость 1 м<sup>2</sup> тканого наполнителя, тыс. руб.
12
12
18
25
Из данных таблицы 2 следует, что заявляемый препрег имеет длительную жизнеспособность (более 1 года), из него получают антифрикционные изделия с более высокими прочностными характеристиками при сохранении высокого уровня антифрикционных свойств. Прочность при отслаивании от металла заявляемого материала выше по сравнению с прототипом в 1,7-2 раза, удельная нагрузочная способность - 1,2-1,5 раз. Полученные из заявляемого препрега антифрикционные изделия способны длительно эксплуатироваться при высоких температурах. Кроме того, стоимость тканого наполнителя, изготовленного из указанных нитей Русар, в 1,5-2 раза ниже, чем у прототипа. Таким образом, использование заявляемого изобретения позволит увеличить срок службы узлов трения и снизить их стоимость.