ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ

Заявляемая полезная модель относится к фрикционным изделиям, содержащим полимерный композиционный фрикционный элемент и эксплуатирующимся в различных фрикционных узлах (железнодорожные тормозные колодки, колодки и накладки дисковых и барабанных тормозов и др.).
Аналогом заявляемой полезной модели является фрикционное изделие, включающее полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из композита, имеющего пористую структуру со взаимосвязанными пустотами, при этом композит содержит дисперсные частицы, выполненные из материала, способного при взаимодействии с водой разбухать и распадаться на частицы, размеры которых соизмеримы с размерами пор (см. патент РФ №2150618, МПК F16D 69/02, 2020 г.). Существенные признаки аналога «полимерный композиционный фрикционный элемент, композит с пористой структурой, дисперсные частицы, выполненные из материала, способного разбухать при взаимодействии с водой» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Недостатком аналога является необратимая утрата композитом пористой структуры из-за перекрытия пор частицами распада, что уменьшает пористость и ухудшает взаимосвязанность пор, вследствие чего ухудшаются эксплуатационные характеристики фрикционного изделия.
Другим аналогом заявляемой полезной модели является фрикционное изделие, включающее полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из имеющего пористую структуру композита, включающего дисперсные частицы, выполненные из материала, способного набухать с увеличением объема при взаимодействии с водой и вернуться к исходному объему после высыхания (см. патент РФ №209229, МПК F16D 69/02, 2022 г.). Существенные признаки аналога «полимерный композиционный фрикционный элемент, пористая структура композита, дисперсные частицы из материала, способного набухать с увеличением объема при взаимодействии с водой и возвращаться к исходному объему после высыхания» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Недостатком аналога является возможность существенного эксплуатационного перегрева поверхности трения при эксплуатации фрикционного изделия в сухих условиях после высыхания набухших частиц, из-за перегрева поверхностного слоя на рабочей поверхности изделия.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является фрикционное изделие, включающее полимерный композиционный фрикционный элемент, в состав которого введены дисперсные частицы, выполненные из материала, способного выделять воду при эксплуатационном нагреве изделия (см. патент РФ №206616, МПК F16D 69/02, 2021 г.). Существенные признаки наиболее близкого аналога «полимерный композиционный фрикционный элемент, дисперсные частицы, выполненные из материала, способного выделять воду при эксплуатационном нагреве изделия» совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Недостатком наиболее близкого аналога является быстрая потеря фрикционным изделием способности выделять воду при нагревании в случае композита с пористой структурой и взаимосвязанными порами, поскольку выделившаяся вода не задерживается в композите сколь-нибудь длительное время и сразу удаляется через поры. По этой причине снижаются эксплуатационные характеристики изделия по мере снижения способности частиц выделять воду в процессе эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является стабилизация эксплуатационных характеристик фрикционного изделия в течение длительного периода эксплуатации посредством снижения нагрева рабочей поверхности изделия за счет дополнительного удержания выделившейся в процессе эксплуатационного нагрева воды.
Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, включающем полимерный композиционный фрикционный элемент, в состав которого введены дисперсные частицы, выполненные из материала, способного выделять воду при эксплуатационном нагреве изделия, полимерный композиционный фрикционный элемент дополнительно содержит дисперсные частицы, выполненные из материала, способного набухать в воде с увеличением объема и вернуться к исходному объему после высыхания, при этом количество этих частиц выбрано из соотношения: Н=0,9÷1,1 В; где H - количество частиц, способных к набуханию, В - количество частиц, способных к выделению воды, при этом суммарно количество частиц, способных к набуханию, и частиц, способных к отделению воды, составляет от 4 мас.% до 16 мас.%, от массы композита полимерного композиционного фрикционного элемента.
Существенные признаки заявляемой полезной модели «дополнительно содержит дисперсные частицы, выполненные из материала, способного набухать в воде с увеличением объема и вернуться к исходному объему после высыхания, при этом количество этих частиц выбрано из соотношения: Н=0,9÷1,1 В; где Н - количество частиц, способных к набуханию, В - количество частиц, способных к выделению воды, при этом суммарно количество частиц, способных к набуханию, и частиц, способных к отделению воды, составляет от 4 мас.% до 16 мас.%, от массы композита полимерного композиционного фрикционного элемента» являются отличительными от признаков наиболее близкого аналога.
Фрикционное изделие содержит фрикционный элемент, имеющий пористую структуру с взаимосвязанными порами (пустотами), изготовленный из полимерного фрикционного композита с полимерной матрицей из резита смолы и/или вулканизата каучука и различных дисперсных, в том числе волокнистых, наполнителей. В состав композита введена предварительно изготовленная смесь дисперсных частиц двух типов. Первый тип частиц это частицы из материала, способного набухать (увеличиваться в объеме) при взаимодействии с водой, и высыхать (уменьшаться в объеме) после прекращения взаимодействия с водой. Второй тип частиц это частицы из материала, способного выделять воду при эксплуатационных нагревах фрикционного изделия. В композит введена близкая к равнодолевой смесь этих частиц, доли частиц в предварительно изготовленной смеси выбраны из соотношения: Н=0,9÷1,1 В; где Н - количество частиц, способных к набуханию, В - количество частиц, способных к выделению воды. Количественно в композите фрикционного элемента предварительно изготовленная смесь частиц составляет от 4 мас.% до 16 мас.%.
Изготавливаться заявляемое фрикционное изделие может известными методами, например формованием из полимерной композиции, в состав которой введена предварительно изготовленная смесь соответствующих частиц.
Конкретным примером заявляемой полезной модели является фрикционное изделие, полимерный фрикционный элемент которого выполнен из полимерного композита, содержащего равно долевую смесь гидроксида алюминия и древесной муки. Содержание смеси в композите ≈12 мас.%.
При эксплуатационном нагреве фрикционного изделия целесообразен более длительный эффект охлаждения рабочей поверхности изделия, поскольку выделившаяся вода через поры быстро покидает фрикционный элемент. Наличие набухающих частиц позволяет пролонгировать нахождение воды в композите, что способствует испарению большего количества воды и, соответственно, более сильному охлаждающему эффекту. При этом снижается пористость композита (за счет набухания частиц), что также задерживает воду и способствует более интенсивному ее испарению. С точки зрения соотношения частиц, выделяющих воду, и набухающих частиц, предпочтительным является равнодолевое соотношение частиц. При этом отклонения в их соотношении в пределах до 20% не оказывает значительного влияния на эффект охлаждения и является допустимым с точки зрения эксплуатационных характеристик фрикционного изделия. Количество частиц в композите определяется его пористостью. Для большинства пористых полимерных фрикционных композитов это количество находится в пределах от 4 мас.% до 16 мас.%. При содержании частиц менее 4 мас.%, технический эффект недостаточен для препятствования нагреву, при содержании частиц более 16 мас.%, появляется опасность полного перекрытия пор в композите, прекращения выхода пара и возникновения нежелательных внутренних напряжений в композиционном материале.