ПОЛИМЕРНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ
POLYMER COMPOSITE ANTIFRICTION MATERIAL

Изобретение относится к созданию полимерного антифрикционного композиционного материала для подшипников и опор скольжения различного назначения.
Известны металлополимерные композиции - пластмассы с металлическим наполнителем (железо, алюминий, и другие), в качестве связующего в которых используются термопласты, а также фенолформальдегидная смола и другие реактопласты [1].
Известен антифрикционный композиционный материал [2], содержащий в качестве волокнистого наполнителя смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна, в качестве порошкового наполнителя - графит, оксид кремния, оксид алюминия, волластонит, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама или сульфид сурьмы, в качестве термореактивного связующего - фенолоформальдегидную или крезолоформальдегидную смолу в виде новолачной и/или резольной формы, в качестве адгезива - поливинилацетат и/или поливинилбутираль и в качестве антиадгезива - стеарат цинка и/или стеарат кальция при следующем количественном содержании компонентов.
Известный антифрикционный композиционный материал обеспечивает снижение интенсивности линейного изнашивания как материала опоры, так и материала контртела, выполненного из металла, и имеет повышенную микротвердость. К недостаткам известного материала следует отнести сложный состав и температуру эксплуатации не выше 140°С. Кроме того, повышенная микротвердость матрицы, обеспечивая снижение износа, не позволяет достичь требуемых значений коэффициента трения.
Известен антифрикционный композиционный материал [3], содержащий связующее из фенолоформальдегидной смолы и органического растворителя и тканый наполнитель, состоящий из наружного слоя, выполненного из политетрафторэтиленовых нитей, переплетенных с внутренним слоем, выполненным из высокопрочных высокомодульных полиимидных волокон.
Известный антифрикционный композиционный материал работоспособен при высоких удельных нагрузках, имеет пониженный коэффициент трения и повышенную прочность при отслаивании от металла. Недостатками являются температура эксплуатации ограничена 150°С, недостаточная прочность при повышенных скоростях скольжения и нагрузках.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является антифрикционный композиционный материал, содержащий в качестве связующего - фенолоформальдегидную смолу в виде новолачной и/или резольной формы, или крезолоформальдегидную смолу, в качестве волокнистого наполнителя - смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна, в качестве адгезива поливинилацетат и/или поливинилбутираль, и дополнительно содержит в качестве антиадгезива стеарат цинка и/или стеарат кальция, в качестве порошкового наполнителя содержит графит, оксид алюминия, оксид кремния, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама или сульфид сурьмы [4].
Однако известный антифрикционный композиционный материал при своем использовании имеет следующие недостатки: состав является достаточно сложным; возможен антисинергетический (Синергетический эффект - взаимодействие двух или более факторов (компонентов), характеризующееся тем, что их действие существенно превосходит эффект каждого отдельного компонента в виде их простой суммы [5]) эффект за счет взаимного влияния большого числа разнородных компонентов.
Изобретение решает задачу расширения ассортимента полимерных антифрикционных композиций, получаемых путем их формования в заготовки при одновременном сокращении цикла изготовления.
Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение состава, сокращение технологического цикла изготовления изделий, уменьшение коэффициента трения материала.
Технический результат достигается тем, что полимерная композиция для изготовления заготовок, получаемая методом механического смешивания компонентов, где в качестве связующего применяется фенолформальдегидная смола только резольного типа, в качестве волокнистого наполнителя - смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна, адгезив в виде поливинилацетата, антиадгезив в виде стеарата цинка и порошковый наполнитель - чугунный порошок с размерами частиц от 300 до 50000 нм при следующем содержании компонентов, мас.%:
волокнистый наполнитель
38-70
порошковый наполнитель
3,0-18,0
антиадгезив
0,1-0,9
адгезив
2,4-11,6
связующее
остальное.
Новизна заключается в том, что в качестве связующего применяется фенолформальдегидная смола резольного типа, порошковый наполнитель - чугунный порошок с размерами частиц от 300 до 50000 нм, а содержание порошкового наполнителя составляет 3,0-18,0 мас.%.
Заявляемый материал изготавливают путем механического смешивания водного или спиртового раствора фенолформальдегидной смолы, волокнистого наполнителя, порошкового наполнителя - чугуна, адгезива и антиадгезива. Затем материал подвергается сушке и грануляции. Для получения заготовок материал формуется в изделия при температуре 120-150°С прямым прессованием.
Границы содержания смолы установлены на основании общепринятого положения о том, что для обеспечения необходимой текучести композиции при прессовании или литье под давлением при одновременной минимизации усадки объемное содержание твердой фазы должно находиться в пределах 65÷45%.
Таблица 1
Содержание компонентов (массовых частей)
№
Связующее - основа, фенолформальдегидная смола
Волокнистый наполнитель
Порошковый наполнитель, чугунный порошок
Антиадгезив, стеарат цинка
Адгезив, поливинил ацетат
1
25
38
0,7 (300 нм)
0,1
11,6
2
47
70
5,0 (300 нм)
0,9
11,6
3
47
70
5,0 (300 нм)
0,1
11,6
4
25
38
5,0 (500 нм)
0,9
2,4
5
25
38
5,0 (1000 нм)
0,9
2,4
6
47
70
0,7 (300 нм)
0,9
2,4
7
47
70
0,7 (300 нм)
0,1
11,6
8
47
70
0,7 (300 нм)
0,9
11,6
Таблица 2
Штатные характеристики антифрикционного композиционного материала
№
Коэффициент трения
Суммарный износ пары трения, мкм/км
Предел прочности при сжатии, МПа
Ударная вязкость, кДж/м<sup>2</sup>
Устойчивость к расслоению
1
0,13
1,2*10<sup>-7</sup>
168
25
Расслоения нет
2
0,12
7*10<sup>-8</sup>
182
35
Расслоения нет
3
0,13
9*10<sup>-8</sup>
180
32
Расслоения нет
4
0,11
8*10<sup>-8</sup>
180
29
Расслоения нет
5
0,10
8*10<sup>-8</sup>
179
28
Расслоения нет
6
0,10
8*<sup>10-8</sup>
155
28
Расслоения нет
7
0,11
8*10<sup>-8</sup>
159
28
Расслоения нет
8
0,09
8*10<sup>-8</sup>
153
27
Расслоения нет
Как следует из данных таблиц 1 и 2, изменение содержания указанных компонентов приводит к тому, что коэффициент трения уменьшается на 10-20%.
Таким образом, патентуемые границы содержания компонентов следует считать обоснованными.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Натансон Э.М., Брык М.Т. Металлополимерные материалы и изделия, М., 1979.
2. Патент RU №2302564, МПК F16C 33/12, опубликован 10.02.2006.
3. Патент RU №2313010, МПК C08L 63/00, опубликован 20.12.2007.
4. Патент РФ №2278878, МПК С08L 61/10, 2005 г.
5. Физика: Энциклопедия. / Под. Ред. Ю.В.Прохорова. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2003. - 944 с.