Антифрикційна композиція “флубон-15 пп”

Винахід відноситься до антифракційних матеріалів на основі полімерів і може бути використаний в компресобудуванні, тракторо і автомобілебудуванні та загальному машинобудуванні в якості матеріалу для ущільнюючих кілець, підшипників ковзання і інших елементів вузлів тертя. Найблиш близьким до заявлюємого є антифрикційна композиція по А.С. "1244933 /1/, яка містить політетрафторетилен або поліетилен низького тиску і волокнистий вуглецевий наповнювач при змінних граничних навантаженнях в вологих, сухи х і агресивних середовищах в якості волокнистого вуглецевого наповнювача вона містить вуглецеве волокно елементного складу, Анти фракційна композиція Флубон -15 має суттєвий недолік: при навантаженнях в вузлі тертя більше 10 МПа різко зменшується зносостійкість і спостерігається пластичне деформування матеріалу. В основу винаходу поставлено завдання покращення механічних характеристик і підвищення зносостійкості антифракційного матеріалу для цього запропоновано для збільшення адгезії вуглецевих волокон з політетрафторетиленом або поліетиленом НД застосовувати нанесення електростатичним напиленням покриття відповідного полімерного матеріалу на вуглецеве волокно з наступним введенням його до складу композиційного матеріалу. При цьому в композиційному матеріалі адгезія полімера до полімерного покриття нанесеного на вуглецеве волокно буде значно вище ніж полімера до вуглецевого волокна без покриття. Нанесення на вуглецеві волокна полімерного покриття, а особливо з політетрафтоетиленого підвищує їх зносостійкість в десятки разів[2]. Одночасно при цьому збільшується міцність, модуль пружності, термостійкість і хімостійкість волокна. Нанесення на вуглецеві волокнисті матеріали політетрафторетиленового покриття приводить до підвищення втомної міцності в десятки тис. разів. Поставлена задача вирішується тим, що антифрикційна композиція "Флубон - 15ПП" яка містить політетрафторетилен або поліетилен низького тиску і волокнистий вуглецевий наповнювач при змінних граничних навантаженнях в вологи х, сухих и агресивних середовища х в якості волокнистого вуглецевого наповнювача вона містить вуглецеве волокно відрізняється тим, що композиція містить вуглецеве волокно у складі, мас%: Вуглець 49-90,0 Водень 0,1-3,5 Кисень 0,1-9,5 Бор 0,08-4,8 Фосфор 0,1-4,7 Зола 4,5-25,3 з нанесенням на його поверхню покриття з поліетилену низького тиску або второпласта - 4МП товщиною 30-40 мкм при наступному співвідношенні компонентів, мас% Політетрафторетилен або поліетилен низького тиску 55-95, волокнистий вуглецевий наповнювач 45-5. Композицію одержують слідуючим чином :порошок полімера замішують в лопатевому змішувачі при температурі нижче 10°С на протязі 10 хвилин з подрібненим до 5-500мкм вуглецевмм волокном складу, мас%: вуглець 49,5-90,0, водень 0,1-3,5, кисень 0,1-9,5, бор 0,08-4,8, фосфор 0,1-4,7, Зола 4,5-25,5 з нанесеним електростатичним напиленням покриттям поліетилену низького тиску або фторопласта 4МП (ТУП-31171).Полімерні покриття на поверхню вуглецевого волокна наносять електростатичним розпилювачем при таких оптимальних діапазонах напруженості електростатичного поля: для поліетилена низького тиску 35-55 в/м, а для фторопласта 4МП - 40-60в/м. Формування покриттів на поверхні вуглецевого волокна здійснюють при нанесенні поліетилену НД або второпласта 4МП відповідно на протязі 10хв. При температурі 425К або на протязі 60 хвилин при температурі 643К. Товщина полімерного покриття 30-40мкм. Отриману композицію додатково подрібнюють в дисмембраторі з продуктивністю 10кг/год, 5-20000об/хв. Після цього композицію переробляють в вироби методом порошкової металургії. Технологія отримання вуглецевого волокна реалізується таким чином: гідратцелюлозну тканину обезжирюють 5-10% водним розчином тринатрійфосфату, промивають 30хв. в гарячій воді при температурі 70-90% і після цього обробляють 1-15% розчином суміші каталізаторів карбонізації тетраборкислого натру і діамоний фосфату, взятих в співвідношенні від 3:7 до 7:3. Після сушіння при при 100-120°С вихідний матеріал термообробляють при 450°С в трубчатій печі опору типу Таммана в середовищі СН4( кількість сушінь і просякнень дорівнює 1-5). Після цього температуру підвищують до 600 - 1880°С з швидкістю 10-50град/хв., виконуючи на кінцевих ступенях температур 600,850,1200,1350,1500,1650,1800 статичну термообробку. При необхідності після ступеня нагріву виконують відмивання сірчаною кислотою або їдким натром. Склад отриманого волокна представлено в табл.1 Приклади конкретного виконання і інтенсивність зносу отриманого матеріалу приведені в табл.2 Приклади конкретного виконання і механічні характеристики отриманого матеріалу приведені в табл.3 Знос матеріалів визначали при змінному граничному питомому навантаженні, нормальному навантажені ЮОн, швидкості ковзання 0,3м/с,температура 323Κ по сталі 30x13 (твердість НВ4,2ГПа, вихідна шорсткість Rao=:0,22±0,02мкм) на ділянці шляху тертя 2-18 км (граничні питомі навантаження) після припрацювання (2км), зразок діаметром 10мм з кінцевою сферою діаметром 12,7мм. Мехнічні характеристики : міцність і модуль пружності при розтягу визначали згідно ГОСТ 1126280/3/ міцність і модуль пружності при стискуванні згідно ГОСТ 4651-82/4/, а міцність і модуль пружності при згинанні згідно ГОСТ 4648-71/5/. В табл.4 і 5 приведені склади композицій і порівняльні дані по зносостійкості і механічних характеристик матеріалів на основі композиції на винахід і прототипа. В табл.6 приведені дані по інтенсивності зносу матеріалів(антифрикційного складу на основі політетрафторетилена і 20% вуглецевого волокна) на основі композиції на винахід і базових матеріалів в якості матеріалів ущільнень компресорів без мащення в умовах промислового виробництва. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СССР №1244933 2. Графитированаяткань /В.Г. Морозов. П.М., п.м. Черненко, А.Т. Каверов, Г.А. Сирено В кн.. Применение синтетических материалов .Кишенев: Картя молдовеняскэ, 1975, с.55-60 3. ГОСТ 1126280 Пластмассы. Методы испытания на растяжение. 4. ГОCT 4651-82 Пластмассы. Методы испытания на растяжение. 5. ГОСТ 4648-71 Пластмассы. Методы испытания на статический изгиб. Таблиця 1 Елементний склад волокна,мас% Позначення отриманого волокна І ІІ А 59,5 3.0 8,5 3,8 3,7 21,5 Вуглець Водень Кисень Бор Фосфор Зола І* 59,5 3.0 8,5 3,8 3,7 21,5 94,0 0,2 0,1 0,1 0,1 5,5 60,0 2,5 8,5 3,5 3,5 21 І - вуглецеве волокно складу І з нанесеним на його поверхню покриттям товщиною 30-40мкм І* - з поліетилену низького тиску або фторопласта 4МП Таблиця 2 Полімер Концентрація вуглецевого волокна в полімері, мас% Поліетилен низького тиску Політетрафторетилен Інтенсивність зносу матеріала, що містить вуглецеве волокно складу (х10-7),мм 3/нм І А II І І* А II 7250 7 5,9 6,8 10,2 38,7 0 20 25 30 35 40 45 50 57 І* 7250 5,5 4,2 3,5 3,2 3,0 7250 7,8 5,5 5,3 5,0 4,8 7250 20,5 21,3 20,5 18,5 8,0 11330 2,9 2,4 2,9 6,5 10,4 39,5 11330 1,5 1,3 1,0 . 5,3 7,0 18,0 11330 3,9 2,5 1,6 10,5 16,0 21,5 11330 5,2 5,3 10,2 22,7 33,2 75,6 Таблиця 3 Полімер Поліетилен низького тиску Концентрація Модуль вуглецев ого Міцність, МПа, при пружності в олокна в МПа, при полімері,мса розтягу згині згині % І І* А II І І* А II І І* А II 0 5 15 20 2230 2332 2433 2434 22- 22- 2230 30 30 25- 23- 2234 31 31 26- 24- 2335 33,5 32 30- 24- 2342 34 33 2035 2136 2237 2338 2035 2237 2338 2848 20- 20- 650- 65035 35 750 750 21- 21- 655- 66036 36 752 760 22- 21- 660- 67036 36,6 760 770 22- 21- 670- 70037 37 770 790 25 35 22- 2832 34 2231 20- 22- 26- 2130 35 38 34 2033 22- 2430 32 2230 22- 21- 24- 21-- 2131 36 36 35 34 45 - 57 Політетрафторетилен Міцність, МПа, при І розтягу І* А II Модуль пружності, МПа, при стискуванні І І* А II І розтягу І* А 650750 655755 665760 670770 650- 14- 14- 14- 14- 12 12 12 12 410 410 750 35 35 35 35 655- 15 21 15,5 14,5 13 20 13,2 13,0 485 520 755 650- 16- 27 16 15 14 28 14 14 650 900 760 24 665- 17- 30- 18- 16- 15- 35- 15- 15- 750- 1300765 26 35 25 20 30 45 26 24 1200 1500 16- 28- 17- 14- 14- 33- 14- 13- 740- 125024 33 23 18 28 38 27 22 1100 1300 660- 680- 660- 660760 780 760 760 18- 26- 26- 15- 13- 30- 13- 13- 850 1100 22 30 22 21 24 36 25 20 650- 660- 650- 640730 760 730 720 II Стискув анні І І* А II 410 410 700 700 700 700 515 512ё 710 715 712 710 660 620 780 750 740 750- 700- 6501100 900 850 720- 680- 7001000 850 830 9001200 8501150 700800 700760 700750 700730 840 800 740 730 800 750 750 Таблиця 4 S2=2-18км Приклад 1* Прототип 2* Полімер, мас% Наповнювач, мас% 80% 20% вуглецевого політетрафторетилена волокна 20% вуглецевого 80% волокна за політетрафторетилена винаходом Питоме навантаження на початку тертя МПа Інтенсивність зносу(х10-7) мм 3/н.м Питеме навантаження в кінці тертя, МПа 11.0 3.9 9.7 10.0 1.5 9.2 Таблиця 5 Приклад Полімер, мас% Наповнювач, мас% 1* прототип 80% політетрафторетилена 2* 80% політетрафторетилена 20% вуглецевого волокна 20% вуглецевого волокна за винаходом Міцність, МПа, при розтягу стискуванні Модуль пружності МП, при розтягу стискуванні 17-26 15-30 750-1200 650-850 3-35 35-45 13001500 900-1200 Таблиця 6 Ущіль Марка нення компресора поршневої групи 2РК1.5/220БС Поршень ІVступені Шток ІVступені 2ШЛК1420 Поршень ІVступені Робоче середо вище Вологе повітря Волога АзотноВоднева суміш 3ГП-5/220 Поршень ІVступені Сухий азот 3С2СГП6/30 Поршень IIIступені Сухий гелій 2РВ-3/220 Поршень IIIступені Вологий аргон Тривалість Анти фрикційний експлу склад атації, годин За винаходом Ф4К20* АФГ М** АМС-5*** 4ТВ20**** 300 "-" Тиск газу МПа Мак си Всас Наг маль уван нітан ний ня ня пере пад тиску 7 20 18,4 "-" "-" "-" Серед Темпе Швид ня ін ратура кість тенсив нагні ковзан ність тання ня зносу мкм/год 120 "-" 1,5 "-" 0,1 1,3 "-" "-" "-" "-" "-" "-" 2,5 "-" "-" 2008 "-" "-" 2,8 "-" "-" 6,9 "-" "-" "-" "-" 7,0 "-" "-" 4,2 1,11 1,33 0,35 1900 15,0 32 26 108 4,2 Ф4К20 15,0 32 26 108 4,2 0,2 не роботоз датний Ф4К20 За винаходом АФГ М Ф4К20 За винаходом Ф4К20 За винаходом 490 7 22 14,4 105 2,0 1,88 815 442 683 "-" "-" 0,7 "-" "-" 1,6 "-" "-" "-" "-" 145 "-" "-" 3,0 0,12 2,53 0,72 900 400 "-" 1,2 "-" 5,8 5,8 "-" 250 "-" 2,0 1290 "-" "-" "-" "-" "-" 0,18 Повний ресурс 0,15 Ф4К20 За винаходом