АНТИФРИКЦИОННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ
ANTIFRICTIONAL COMPOSITE POLYMER MATERIAL

Изобретение относится к области производства антифрикционных композиционных полимерных материалов и может быть использовано при изготовлении деталей узлов трения машин и агрегатов, в частности накладок на клинья гасителя колебаний тележки грузового вагона, устойчивых к фрикционным воздействиям, возникающим в процессе эксплуатации.
Известны различные конструкции тележек грузовых вагонов, в которых фрикционные клинья гасителей колебаний взаимодействуют с опорными наклонными поверхностями в проемах надрессорной балки через плоские упругие накладки, закрепленные на их опорных плоскостях (патент РФ №2275308, опубл. 2006 г.; патент РФ №67043, опубл. 2007 г.).
Используемые в известных конструкциях накладки изготавливаются из полиуретана.
Недостатком применяемых накладок является то, что используемый материал обладает низкой морозостойкостью, маслостойкостью и низкой атмосферостойкостью, что снижает ресурс работы таких деталей.
Известны композиционные материалы для изготовления элементов узлов трения на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и неорганических наполнителей различной химической природы (Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности. И.Н.Андреева, Е.В. Веселовская, Е.И. Наливайко и др. - Л.: Химия, 1982. - 80 с.).
Однако эти материалы не обладают достаточной износостойкостью и характеризуются низкими прочностными характеристиками.
Известен полимерный композиционный материал на основе высокомолекулярного полиэтилена, который может быть использован для изготовления элементов узлов трения с повышенной несущей способностью (втулки для подшипников скольжения, сепараторы подшипников качения), уплотнительных элементов пар вращательного и возвратно-поступательного перемещения. Композиция содержит высокомолекулярный полиэтилен и неорганический наполнитель. Неорганический наполнитель представляет собой синтетическую шпинель кобальта или меди, активированную в планетарной мельнице в течение 1-2 мин (патент РФ №2296139, опубл. 2007 г.).
Эта композиция не обладает достаточными прочностными характеристиками для применения в клиньях гасителя колебаний тележки грузового вагона.
Известен полимерный материал, используемый для изготовления элементов узлов трения и состоящий из полиамида 6-блочного и модифицирующей ее углеродной добавки (патент РФ №2316571, публ. 2008 г.).
Однако это достаточно жесткий материал, поэтому изготовленные из него накладки локально разрушаются (крошатся) в местах контакта с металлическими опорными наклонными поверхностями, происходит также выкрашивание порошка углеродной добавки в процессе эксплуатации накладок.
Кроме того, эксплуатация накладок упругих клиньев гасителя колебаний в тележке грузового вагона показывает, что фрикционные воздействия с опорными наклонными поверхностями в проемах надрессорной балки имеют такой интенсивный характер, что приводят к выкрашиванию любого минерального наполнителя из конструкционного материала.
Задача изобретения - создание композиционного полимерного материала с повышенными физико-механическими характеристиками, позволяющими обеспечить отсутствие выкрашивания материала в процессе эксплуатации изготовленных из него деталей, что позволяет увеличить срок службы деталей.
Указанный технический результат достигается тем, что антифрикционный композиционный полимерный материал, выполненный из композиции на основе полиоксиметилена, содержащей полиоксиметилен, фенольное порошкообразное связующее СФП-012А1 и добавку в виде пятипроцентной смеси порошкообразного фторопласта Ф-4 в вазелиновом масле и дисульфида молибдена при соотношении в ней смеси и дисульфида молибдена 1:1, при следующем соотношении компонентов композиции, в мас.%:
полиоксиметилен
95
5% смесь порошкообразного фторопласта Ф-4
в вазелиновом масле
1
дисульфид молибдена
1
фенольное порошкообразное связующее СФП-012А1
3,
причем полиоксиметилен имеет показатель текучести расплава не менее 25 г/10 мин, который определяют при 90˚С и нагрузке 5 кг.
Добавки в полимерную основу вводят на лопастном смесителе с последующим пропусканием полученной смеси через гранулятор при режимах переработки полиоксиметилена.
В качестве фенольного порошкообразного связующего марки СФП-012А1 используют смесь твердой фенолоформальдегидной смолы и уротропина, полученную в процессе их одновременного механического измельчения.
Полученные гранулы композиционного полимерного материала далее используются для получения изделий методом литья под давлением.
Полиоксиметилен, взятый в качестве основы, имеет следующие физико-механические характеристики, приведенные в таблице 1:
Таблица 1
Характеристики
Значение
Показатель текучести расплава, г/10 мин, не менее
25
Предел текучести, Н/мм<sup>2</sup>, не менее
60
Удлинение при пределе текучести, %, не менее
6
Модуль упругости при растяжении, Н/мм , не менее
2800
Окончание таблицы 1
Ударная вязкость по Шарпи для образцов без надреза при 23°С, МДж/мм<sup>2</sup>, не менее
80
Ударная вязкость по Шарпи для образцов без надреза при
4,5
(-30)°С, МДж/мм<sup>2</sup>, не менееТеплостойкость по Вика, °С, не менее
110
Коэффициент трения по стали, не более
0,22
Износостойкость при трении по стали, µм/км, не более
3
Физико-механические характеристики предложенного материала приведены в таблице 2.
Таблица 2
Характеристика
Значение
Плотность, г/см<sup>3</sup>
1,41-1,42
Водопоглощение при 23°С, %
0,3-0,4
Максимальная рабочая температура, °С
105
Минимальная рабочая температура, °С
-60
Температура плавления, °С
178
Модуль упругости при растяжении, МПа
3100
Твердость по Бринеллю, МПа
165
Прочность при растяжении, МПа
63
Ударная прочность по Шарпи, кДж/м<sup>2</sup>
110
Коэффициент трения по стали
0,15-0,2
Износостойкость при трении по стали, µм 1 км
2
Использование предложенного композиционного полимерного материала с повышенными физико-механическими характеристиками обеспечивает увеличение срока службы детали, уменьшение времени цикла ее изготовления при использовании метода литья под давлением и снижение стоимости.
Накладка, выполненная из предложенного композиционного полимерного материала, выдерживает температуры эксплуатации от минус 60°С до плюс 105°С, при этом предложенный материал обладает маслостойкостью и атмосферостойкостью, износостойкостью, а также выдерживает эксплуатационный нагрузки, оказываемые на деталь без появления трещин и выкрашивания наполнителя с сохранением низкого коэффициента трения.