Композиційний матеріал

Композиційний матеріал, що містить фенолоформальдегідну смолу, оксид магнію, базальтові волокна, який відрізняється тим, що додатково містить стеарат кальцію, графіт та полідиметилсилоксановий каучук, що має хлорметильні групи в основному ланцюзі, загальної формули: n=15000-25000 , (1) при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: феноло-формальдегідна смола 42,14-33,48 стеарат кальцію 3,00-1,00 графіт 4,00-2,00 оксид магнію 2,00-1,00 базальтове волокно 60,00-48,00 каучук формули (1) 2,52-0,86. Корисна модель відноситься до композиційних матеріалів на основі феноло-формальдегідних смол, і волокнистого наповнювача (подрібнених базальтових волокон), що призначені для виготовлення деталей, які працюють в умовах тертя без зовнішнього змащення (підшипники ковзання, ущільнення, триби тощо). Відома композиція, яка застосовуються як фрикційний матеріал, на основі фенолоформальдегідної смоли, бутадієннітрильного каучуку з вмістом зв'язаного нітрилу акрилової кислоти 27-30 %, базальтових, скляних та вуглецевих волокон, баритового концентрату, глинозему, мідного порошку, бронзової стружки, графіту та трисернистого стибію (а.с. № 1557989. МКИ5, C08L61/10, «Полимерная фрикционная композиція», Изюмова В.И. и др., -№ 4412384/05; заявл. 18.04.88, опубл. 30.07.92, Б. И. № 28). Однак, вказані композиційні матеріали мають низькі механічні властивості (ударна в'язкість 23,52 26,8 кДж/м ), що обмежує галузі їх застосування. Найбільш близьким за технічною суттю і досягаємому технічному результату (прототип) щодо запропонованої корисної моделі є композиційний матеріал на основі феноло-формальдегідної смоли СФ-010, рубаних базальтових волокон та деяких компонентів при їх співвідношенні: базальтові волокна – 60 %. феноло-формальдегідна смола – 29 %, уротропін - 9,8 %, оксид магнію -1,2 % (Пат. 51290, Україна, C08L61/10, С08К5/16, C08J5/04, C08J5/10; Композиційний матеріал; Третьяков А.О., Баштанник П.І., Бурмістр М.В., Токарев В.С, Шевчук О.М., Воронов С.А., заявл. № 20020221272; опубл. 15.11.02, Б. И. № 11, 2002 p.). Але через слабку міжфазну взаємодію базальтових волокон з полімерною матрицею для прототипу характерні низькі механічні та теплофізичні властивості композиту (міцність при вигині - 116 МПа, теплостійкість - 180 °С). В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення композиційного матеріалу на основі феноло-формальдегідної смоли. Покращення її механічних та теплофізичних властивостей досягається шляхом модифікації полімерної матриці за рахунок взаємодії хлорметильних груп полідиметилсилоксанового каучуку з функціональними групами базальтових волокон, та активним воднем або гідроксильною групою фенолоформальдегідної смоли. Поставлена, задача вирішується тим, що відомий композиційний матеріал, який містить феноло-формальдегідну смолу, оксид магнію і базальтові волокна, згідно винаходу, додатково містить стеарат кальцію, графіт та полідиметилсшюксано CH2Cl 1 n U CH3 (13) 7 O 45523 Si (11) CH3 O UA Si (19) CH3 3 45523 вий каучук, що має хлорметильні групи в основному ланцюзі, загальної формули 4 2. Взаємодія між гідроксильною групою ароматичного кільця та хлорметильною групою каучуку: H CH2Cl CH3 Si O CH3 Si 7 O ... O 1 CH3 Si -HCl ... H СH2 ... -HCl OH ... СH2 ... Si O ... CH3 3. Взаємодія між поверхневими гідроксильними групами базальтових волокон та хлорметильними групами каучуку: ... ... Si OH O O +ClH2C ... Si OH СH2 СH2 O 42,14-33,48 3,00-1,00 4,00-2,00 2,00-1,00 60,00-48,00 2,52-0,86 Використання каучуку формули (1), дозволяє підвищити міцність в результаті прищеплення еластичних макромолекул каучуку формули (1) до тривимірної сітки як полімеру, так і наповнювача в процесі формування композиційного матеріалу. Структурна формула фенолоформальдегідного полімеру (резиту), що отримувався, є наступною: СH2 ... +ClH2C n феноло-формальдегідна смола стеарат кальцію графіт оксид магнію базальтове волокно каучук формули (1) СH2 СH2 OH CH3 n=15000-25000 (1) при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: OH СH2 Si CH3 -HCl ... OH O СH2 ... СH2 OH HO ... СH2 ... СH2 СH2 Si OH O Взаємодія реалізовувалась за наступними механізмами: 1. Взаємодія між хлорметильною групою каучуку та активним воднем ароматичного кільця: H O ... СH2 СH2 ... +ClH2C CH3 Si ... OH ... ... СH2 -HCl O H2 C HO Si ... СH2 ... ... OH CH3 -HCl O ... -HCl Si O O CH2 Si CH3 ... ... ... Каучук формули (1), що має хлорметильні групи в основному ланцюзі, отримують прямим хлоруванням полідиметилсилоксанового каучуку за наступною методикою: 50 г полідиметилсилоксану (ММ≈20000) розчиняють у тетрахлорвуглеці. Отриманий розчин завантажують в три горлий реактор з кварцового скла, оснащений механічною мішалкою та зворотнім холодильником. Суміш нагрівають до закипання розчинника (Т≈353 К), після чого у реактор подають рівномірний потік хлору. Впродовж всього процесу хлорування реакційну масу опромінюють ультрафіолетовим випромінюванням. У залежності від тривалості проведення реакції та кількості використованого хлору отримують каучуку формули (1) з різним вмістом 5 45523 хлорметильних груп. Реакція одержання та загальна схема отриманих матеріалів приведена нижче: CH3 HO Si CH3 CH3 O H +Cl2 hv HO Si Si CH3 n мали такі характеристики: діаметр елементарного волокна - 8-10 мкм, лінійна густина ровінгу - 330 текс. розривне навантаження ровінгу 375 мН/текс; - каучук формули (1) Процедура одержання композиційного матеріалу була наступною. Розчин каучуку загальної формули (1) змішують з порошкоподібною феноло-формальдегідну смолою, кальцію стеаратом, магнію оксидом, графітом. Потім прес-матеріал сушать до вмісту летких речовин 7-8 % і пресують при температурі 413 К, тиску 25 МПа і часом витримки під тиском 1 хв на 1 мм товщини виробу. Проводять термообробку отриманих виробів при температурі 443 К впродовж 3 годин. Приклади 1-3. За вищезазначеною процедурою готують композиційні матеріали, склад яких подано у таблиці 1. Готують також композиційний матеріал за прототипом, згідно поданої у таблиці 1 рецептури. CH2Cl O m-n CH3 O 6 H m Отриманий каучук є прозорою в'язкою рідиною, яка зовнішньо схожа на вихідний полідиметилсилоксан. Він розчиняється у хлорованих вуглеводнях, диметилсульфоксиді та ароматичних вуглеводнях, їх похідних (бензол, толуол). Для одержання композиційного матеріалу були використані: - феноло-формальдегідна смола СФ-342 (ГОСТ 18694-73); - рубані базальтові волокна, одержані шляхом подрібнення ровінгу ЖБТР 0-330 (ТУУ 00292729.001-96) на відрізки довжиною 8-12 мм, Таблиця 1. Рецептурний склад композиційних матеріалів Компоненти Вміст компонентів, мас. % 2 3 38,00 33,48 2,00 1,00 3,00 2,00 1,00 1,00 54,00 60,00 2,00 2,52 – – – – – – 1 42,14 3,00 4,00 2,00 48,00 0,86 – – – феноло-формальдегідна смола стеарат кальцію графіт оксид магнію базальтове волокно каучук ПЕГ-вмісний поліпероксид Олеїнова кислота Уротропін Прототип 26,80 – – 1,10 58,50 – 1,40 2,50 9,70 Властивості одержаних композиційних матеріалів у порівнянні з прототипом подані у таблиці 2. Таблиця 2. Механічні та теплофізичні властивості базальтопластиків Рецептури Властивості Міцність при вигині, МПа (ДЕСТ) Теплостійкість за Мартенсом, °С, (ДЕСТ) 1 120 2 160 3 117 Прототип 116 190 193 191 180 Таким чином, одержаний композиційний матеріал порівняно з прототипом має підвищені механічні (міцність при вигині зростає на 38 %), теплофізичні (теплостійкість за Мартенсом зростає на 7 Комп’ютерна верстка І.Скворцова %) властивості. Це дозволяє використовувати його як антифрикційний матеріал у вузлах тертя машин та механізмів. У промисловості даний композит може використовуватись у машинобудуванні. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601