СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ БИНАРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
METHOD OF PRODUCING ANTIFRICTION MATERIALS FOR BINARY SURFACES

Изобретение относится к способу получения антифрикционных эпоксидных материалов, применяемых для изготовления вставок в узлах трения с бинарной поверхностью - в подшипниковых втулках, подпятниках надрессорных балок тележек железнодорожных вагонов и может быть также использовано для устранения дефектов металлических поверхностей (раковин, неровностей) и др. целей.
Ближайшим прототипом заявленного решения являются антифрикционные эпоксидные прессматериалы, позволяющие получать вставки, обеспечивающие в процессе трения перенос в зону контакта металлов, образуя антифрикционные слои, снижающие трение и износ, являясь высокопрочными смазывающими элементами (см. Патент RU 2.330.051 С1 (№21)
Несмотря на неоспоримые достоинства прототипа, ограничивающим фактором его использования является необходимость применения прессов или реактопластавтоматов, а также прессформ, окупаемость которых обеспечивается только при массовом изготовлении изделий - не менее 30000 штук.
Для осуществления ремонтных работ в условиях железнодорожных депо, в полевых условиях и мастерских необходимы антифрикционные материалы с предельной простотой применения.
Целью заявляемого способа является получение высокопрочных антифрикционных эпоксидных материалов холодного отверждения перерабатываемых при контактном давлении, включая ручное перемешивание и формовку.
Поставленная цель достигается тем, что в производственных условиях приготовляют и упаковывают стабильный при длительном хранении и транспортировке комплект из двух компонентов - первого - смоляной части состоящей из эпоксидной смолы (А), активного эпоксидного разбавителя (Б), нетоксичной алифатической или ароматической оксикислоты(В) в соотношении А:Б:В от 96:3,8:0,1 до 50:40:10, в которую вводят смесь антифрикционных порошкового(Г) и волокнистого (Д) наполнителей в соотношении Г:Д от 98:2 до 60:40 в количестве (А+Б+В): (Г+Д) от 80:20 до 20:80, и второго - отверждающей части, состоящей из нетоксичного аддукта, полученного взаимодействием алифатического или ароматического ди- или полиамина с эпоксидной диановой смолой с молекулярной массой от 400 до 2500 при 8-20 кратном мольном избытке амина, и нетоксичного и нелетучего ди- или многоатомного спирта при соотношении аддукт:спирт от 98:2 до 60:40 со смесью тех же наполнителей Г и Д в соотношении (аддукт+спирт): (Г+Д) от 80:20 до 20:80, при этом оба компонента - смоляную часть и отверждающую за счет регулирования соотношения входящих ингредиентов изготавливают равными по объему и весу с точностью до 5%, которые смешивают непосредственно перед применением.
Пример 1
Получение смоляной части
В реактор снабженный обогревом и быстроходной мешалкой загружают 73 мас.ч. эпоксидной диановой смолы марки ЭД-20 (А), 22 мас.ч активного разбавителя - диглицидиногово эфира триэтиленгликоля марки ТЭГ-1 (Б) и 5 мас.ч безвредной молочной кислоты (В). Смесь перемешивают при температуре 70°С в течение 10 минут при скорости мешалки 500 оборотов в минуту. Полученную смесь охлаждают до температуры производственного помещения (+20°С) и загружают в лопастной Z-образный смеситель. Затем в этот же смеситель добавляют порошок графита (Г) и рубленое высокомодульное полиамидное волокно марки СВС (Д) в соотношении Г:Д=80:20 и соотношением (А+Б+В):(Г+Д)=50:50. После перемешивания в течение 30 минут при 20°С полученную пастообразную смоляную часть расфасовывают и упаковывают в виде плоских прямоугольных образцов весом по 250 гр и затем комплектуют с отверждающей частью.
Получение отверждающей части
В другой реактор загружают нагретый до 70°С расплав метафенилендиамина в количестве 90 мас.ч, а затем к нему добавляют постепенно в течение 10 минут, 100 мас.ч. расплава эпоксидной диановой смолы марки ЭД-8 с молекулярной массой 1100, т.е при 14 кратном мольном избытке метафенилендиамина по отношению к смоле. После перемешивания в течение 20 минут при 70°С образуется аддукт. К аддукту в количестве 190 мас.ч добавляют 38 мас.ч нетоксичного 3-х атомного спирта -глицерина (соотношение аддукттлицерин=80:20). Полученную смесь охлаждают до +20°С и направляют в Z-образный лопастной смеситель для перемешивания с теми же наполнителями (Г+Д), что вводят в смоляную часть при соотношении (аддукт+глицерин): (Г+Д)=50:50.
После перемешивания при +20°С в течение 30 минут полученную отверждающую часть расфасовывают по 250 гр и упаковывают в виде плоских прямоугольных образцов в полиэтиленовую пленку с последующей комплектацией со смоляной частью.
Применение.
Комплекты, состоящие из 2 равных по весу и объему частей - смоляной и отверждающей имеют допустимый срок хранения не менее 6 месяцев и их поставляют потребителю на любые расстояния.
Перед использованием комплекта с обоих компонентов снимают упаковочную пленку, а затем обо компонента перемешивают путем совместного разминания вручную или на пластификационном оборудовании, вальцах или шнековых машинах в течение 5 минут.
Перемешанная масса сохраняет жизнеспособность в течение 60 минут.
Полученной пастообразной массой заполняют заранее подготовленные углубления на металлических поверхностях шприцом или вручную. За счет экзотерической реакции в начале отверждения масса разогревается и приобретает хорошую растекаемость. Отверждение при 20°С происходит без выделения летучих и с незначительной усадкой - не более 0,05% в течение 3 часов. Прогрев горячим воздухом до 80°С сокращает время отверждения до 3 минут.
Примеры 2-7 осуществляют аналогично по примеру 1 с изменением параметров и применяемых соединений в соответствии с таблицей 1.
Свойства антифрикционных материалов полученных по заявленному способу приведены в таблице 2.
Таблица 2
Свойства антифрикционных материалов для бинарных поверхностей
Величина показателя по примерам и для прототипа
Наименование показателя
1
2
3
4
5
6
7
Прототип
Стабильность при хранении в складских условиях
1
не менее 6 месяцев
-
Минимальная допустимая температура отверждения, °С
2
-10
+5
0
+10
+5
+5
+10
не отверждается
Время отверждения при минимальной температуре, час
3
24
6
10
2
2
2
1
не отверждается
Время отверждения при 20°С и толщине 2 мм, мин
4
0,5
1
0,5
1
1
1
1
не отверждается
Удельное давление при формовке, МПа
5
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,002
0,21
200
Предел прочности при растяжении, МПа
6
430
460
490
420
400
400
410
16-30
Деформационная теплостойкость по ВИКа, °С
7
230
250
240
230
250
240
220
110
Адгезия к стали. Предел прочности при сдвиге, МПа
8
28
25
30
27
30
28
30
0
Коэффициент трения (v=15 м/с Р=4 МПа)
9
0,11
0,12
0,13
0,11
0,12
0,11
0,12
0,08-1