Композиційний матеріал

Изобретение относится к полимерным термопластичным композициям на основе полиамидов, используемым в качестве подшипников скольжения, зубчатых колец, други х деталей конструкционного назначения для машин и механизмов. Целью изобретения является создание полимерной композиции с повышенной ударной прочностью, износостойкостью и низким коэффициентом трения. Для достижения поставленной цели в ароматический полиамид (фенилон) вводят углеродные волокна марок "углен" и "эвлон" с углеродным покрытием при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фенилон 70-95 Углеродные волокна с углеродным покрытием 5-30 Причем углеродное волокно содержит 5-20 мас.% углеродного покрытия по от отношению к весу волокна. Компоненты композиций смешивают в электромагнитном вращающемся поле (0,15 тесла) посредством ферромагнитных частиц. После смешения ферромагнитные частицы удаляют из композиций магнитной сепарацией. Соотношения компонентов полимерных составов приведены в табл. 1. Композиции перерабатывают в изделия методом компрессионного прессования по следующему режиму. Сушат материал при 453К в течение 1ч. Загружают материал в пресс-форму с температурой 523К. Разогревают пресс-форму до 598К и выдерживают при этой температуре без давления в течение 10 мин. Выдерживают при 598К под давлением 55МПа в течение 5мин. Охлаждают пресс-форму под давлением до 523К. Снимают давление и выпрессовывают изделие. Предел текучести при сжатии композиций определяют по ГОСТ 4651-78 на образцах в виде цилиндров высотой 15±0,5мм, диаметром 10±0,5мм. Твердость определяют по ГОСТ 4670-77 на образцах толщиной 810мм при действии на шарик основной силы 358Н. Анти фрикционные свойства изучают при трении по диску из стали 45 с чистотой поверхности Rq = 0,32мкм на образцах в виде цилиндров высотой 9+0,5мм, диаметром 10±0,1мм. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Углеродное волокно с углеродным покрытием по сравнению с чисто углеродным волокном имеет более высокую термоокислительную стойкость (примерно на порядок) и улучшенные физико-механические свойства (на 5-15%). При увеличении содержания углеродного покрытия до 12-15% прочностные свойства волокна увеличиваются, после чего снижаются, однако до содержания 2,0% остаются выше, чем у исходного волокна. Термоокислительная стойкость при увеличении содержания покрытия возрастает постоянно. Углеродные покрытия на углеродном волокне получают из смеси углеводорода и галоидуглеводорода при температуре 773-1173К в течений 0,1-3,0ч. В качестве галоидводорода использовали CCl4, СН2Сl2, углеводорода - метан, пропан, бутан, гептан. Образцы волокон "углен" и "эвлон" обрабатывают в кварцевом реакторе в атмосфере четыреххлористого углерода при: молярном отношении CCl4 : CH4·= 0,8, времени обработки 3ч и температуре 873К (см. табл. 3, пример 2), молярном отношении CCl4 : CH4 = 0,8, времени обработки 3ч и температуре 873К (см. табл. 3, пример 3), молярном отношении CCl4 : CH4 = 0,05, времени-обработки 3ч и температуре 1073К (см. табл. 3, пример 4). Для сравнения эффективности влияния полученных углеродных волокон с углеродным покрытием на свойства углепластиков (VII) получены жгуты из :полиакрилонитрильных волокон за счёт протягивания углеродных волокон через печь в непрерывном потоке неокисленного азота при 1500°С (см. табл. 3, пример 10). Результаты сравнительных испытаний.VII приведены в табл. 3. Данные, приведенные в табл. 1-3, показывают, что углепластики предлагаемого состава превосходят известные по ударной прочности в 1,7-2,2 раза, по износостойкости в 1,9-3,4·раза, коэффициенту трения в 1,3-1,9 раза. Таблица 1 Компоненты Фенилон Углеродное волокно марки "эвлон" с углеродным покрытием Углеродное волокно марки "углен" с углеродным покрытием Углеродное покрытие (по отношению к массе волокна) Состав композиции, мас. %, по примерам 2 3 4 5 85 70 95 85 1 95 6 70 5 15 30 5 15 30 5 13 20 5 13 20 Таблица 2 Композиция Пример 1 Твердость Предел по текучести Бринеллю,при сжатии, МПа МПа 278 270 Анти фрикционные Анти фрикционные свойства при свойства при Руд = 1 МПа; Pуд=0,6Мпа ν = 1м/с v = 1м/с износ, мг коэффициент износ, мг коэффициент трения трения 0,48 0,21 0,50 0,20 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Пример 5 Пример 6 Пример 11: фенилон 90мас.%, полисульфон 10мас.% Пример 12:·фенилон 85 мас.%, углеродное волокно 8,5мас.% перфторполиэфирное масло 6,5мас.% 282 284 270 272 274 273 276 268 271 273 0,40 0,43 0,25 0,20 0,20 0,20 0,19 0,25 0,13 0,14 187 250 6,7 3,4 218,4 212,0 0,44 0,47 0,27 0,20 0,21 0,19 0,19 0,12 0,09 0,11 Не работает Τаблица 3 Пример 10 Пример 7 углер. волокна углен эвлон Свойства УВ с углеродным покрытием Температура обработки, °С 1500 600 600 Содержание углеродного 12 12 9 покрытия, мас. % Диаметр волокна, мкм 8,9 8,8 11,8 Прочность на разрыв, МПа 2900 537 2134 Содержание групп Показатели Пример 8 углен эвлон Пример 9 углен эвлон 600 600 800 800 10 8 12 9 8,0 586 12,3 2010 7,9 573 10,8 2117 нет 2,24 1,07 1,78 1,02 1,03 0,38 Свойства углепластиков Ударная вязкость, кДж/м 2 17,2 Износ, мг/км 0,98 Коэффициент трения 0,19 34,7 0,29 0,10 37,7 0,36 0,13 35,4 0,38 0,12 36,1 0,45 0,14 29,0 0,33 0,13 30,4 0,52 0,15 мг экв/г Примечание. Коэффициент трения и износ определяют при нагрузке 2,2МПа и скорости скольжения 1м/с.