Композиционный износостойкий материал для изготовления диафрагм мембранно-поршневых насосов
COMPOSITE WEAR-RESISTANT MATERIAL FOR MANUFACTURING DIAPHRAGM PISTON PUMPS

Настоящее изобретение относится к композиционным материалам для изготовления эластичных изделий, работающих в условиях абразивного износа и циклических нагрузок, например, диафрагм мембранно-поршневых насосов, используемых на сельскохозяйственных опрыскивателях.
Известна полимерная композиция на основе резиновой смеси из синтетического каучука и наполнителя нитрида кремния (см. SU 275371, кл. C08L 9/00, C08K 3/34, опубл. 03.07.1970), предлагаемая для изготовления антифрикционных деталей машиностроения, например, подшипников скольжения, уплотнений, зубчатых колес и других деталей конструкционного назначения. Композиция состоит из синтетического каучука в количестве до 100 вес. ч. и содержит мелкодисперсный нитрид кремния в количестве до 100 вес. ч. Недостатком данной композиции является сложность технологической переработки резин.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому материалу является композиция для получения изделий, работающих в условиях интенсивного износа (см. SU 1636430, кл. C08L75/04, C08K7/04, опубл. 23.03.1993). Полимерная износостойкая композиция на основе термопластичного полиуретана 80-92 мас. % содержит волокнистый наполнитель в виде базальтового волокна в количестве 8-20 мас. % диаметром 10 мкм (прототип).
Недостатком известного материала является сложность переработки термопластичного полиуретана в изделия по сравнению с термореактивным полиуретаном. Поскольку термопластичный полиуретан в вязко-текучем состоянии, в котором он может быть подвергнут переработке в изделия, имеет очень высокую вязкость, изделия из него формируют при воздействии больших давлений и высоких температур, используя при этом дорогостоящее оборудование и сложную дорогую оснастку. Термореактивный полиуретан при переработке напротив имеет низкую вязкость, благодаря чему изделия из него можно формовать без использования избыточного давления, используя при этом более простое и менее дорогостоящее оборудование и оснастку. В частности, из таких материалов можно изготавливать изделия методом свободного литья в силиконовые формы. Кроме того, термореактивные полиуретаны обладают более высокими значениями физико-механических свойств по сравнения с термопластичными полиуретанами, обладают более высокой стойкостью к воздействию высоких температур и более высокой химической стойкостью.
Техническая задача, на решение которой направлено заявленное решение, заключается в разработке износостойкого композиционного материала для изготовления эластичных изделий, работающих в условиях абразивного износа и циклических нагрузок, которые можно изготавливать методом свободного литья в силиконовые формы.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении износостойкости и долговечности наполненного композиционного материала по сравнению с чистым матричным материалом, а также в упрощении технологии изготовления изделий и снижении затрат на их производство по сравнению с материалами, в которых матрицей является термопластичный полиуретан.
Технический результат достигается тем, что в композиционный износостойкий материал на основе термореактивного полиуретана, включающий матрицу в виде полиуретана и минеральный волокнистый наполнитель в виде базальтового волокна, согласно изобретению, в качестве матрицы используют термореактивный полиуретан со следующими пропорциями с наполнителем: термореактивный полиуретан 97 объемн. %, базальтовое волокно 3 объемн. %.
Сущность изобретения состоит в следующем: в термореактивный полиуретан «Адваформ Марка 80», представляющий собой термореактивный полимер, перерабатываемый методом свободного литья, вводят наполнитель - рубленное базальтовое волокно диаметром 3-9 мкм и длиной 40-60 мм в количестве 3 объем. %. При этом наблюдается значительное повышение на 20% износостойкости материала по сравнению с чистой матрицей при сохранении твердости, прочности и удлинения при разрыве на том же уровне, что и для чистой матрицы.
Пример. Для изготовления композиции использовали термореактивный двухкомпонентный термореактивный полиуретан Адваформ Марка 80. В качестве наполнителя использовали базальтовое волокно диаметром 3-9 мкм и длиной 40-60 мм в количестве 3 объемн. %. Смешивание компонентов осуществляли в вакуумно-литьевой машине KLM V 400A. Скорость смешивания наполнителя с матрицей составила 120 об/мин., дегазация образцов составила 10 мин. Абразивную стойкость измеряли на установке для измерения абразивной стойкости российской фирмы «Профи Стенд» согласно ГОСТ 11012-2017. В качестве абразивного материала использовали шкурку шлифовальную по ГОСТ 13344-79 14Н50 НС320. Длина пути трения во время приработки составила 22 метра, во время испытания - 40 м. Время испытания одного образца составило 156 секунд. Измерение твердости проводили на твердомере ТВР-А согласно ГОСТ 263-75. Измерение предела прочности и удлинения при разрыве проводили на универсальной разрывной машине И1147М-50-01-1 согласно ГОСТ 11262-2017.
Свойства чистой матрицы и полученного наполненного композиционного материала приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Свойства чистого термореактивного полиуретана и композиционного материала на его основе
Характеристика
Адваформ Марка 80
Адваформ Марка 80 + базальтовое волокно3 объмн. %
Объемный износ, мм<sup>3</sup>/м
3,0
2,5
Твёрдость по Шору А, усл. ед.
75,0
75,8
Предел прочности, МПа
3,42
3,24
Удлинение при разрыве, %
131
127
Как видно из таблицы, композиционный материал имеет меньший на 20% объемный износ по сравнению с чистой матрицей. При этом остальные характеристики находятся на том же уровне, что и для матрицы. Таким образом, предлагаемый композиционный материал имеет большую на 20% износостойкость по сравнению с чистой матрицей. Разработанный материал применим для изготовления гибких запасных частей насосного оборудования, эксплуатирующихся в условиях абразивного изнашивания.