Антифрикційний гібридний композиційний матеріал

1. Антифрикційний гібридний композиційний матеріал, який виготовлений на основі модифіко 3 ження волокна сприймають основну напругу, забезпечуючи цим самим жорсткість і міцність композита. Відомий матеріал має високу віброміцність і демпфуючу здатність, що підвищує зносостійкість в умовах вібраційних навантажень. Завдяки наявності високоміцного карбонізованого вуглецевого волокна, порошків м'яких металів у зв'язуючому відомий антифрикційний гібридний композиційний матеріал має високу теплопровідність, температурний коефіцієнт лінійного розширення, який є близький до металів і практично постійний при зміні температури, а також у складі підшипника ковзання забезпечує постійний коефіцієнт тертя завдяки утворенню на сполучних поверхнях міцної плівки з продуктів трибодеструкції епоксидного зв'язуючого та продуктів графітизації вуглецевого волокна. За рахунок цього відомий матеріал зберігає стабільні розміри, антифрикційні та міцнісні властивості до верхньої межі експлуатаційної температури (160 °C при допустимому граничному навантаженні), що забезпечує стабільність зазору в з'єднанні і високу зносостійкість. За рахунок вмісту скловолокна підвищується ударна в'язкість, міцність при вигині і міжшаровому зсуві. Скловолокно в антифрикційному гібридному композиційному матеріалі використовують як конструкційний шар, вуглецеве волокно - як антифрикційний шар. Виготовляють відомий антифрикційний гібридний композиційний матеріал на основі модифікованої хлоровмісної епоксидної смоли з отверджувачем дихлордіамінодифенілметаном шляхом контактного пресування компонентів при температурі 160 °C і тиску 1 МПа з наступним охолодженням у формі. Основний недолік відомого антифрикційного гібридного композиційного матеріалу полягає в наступному. Через слабку адгезію полімерного зв'язуючого до поверхні карбонізованих вуглецевих волокон (на відміну від адгезії до скляних волокон) зв'язок на межі розділу вуглецеве волокно полімер здійснюється за рахунок проникнення зв'язуючого в пори волокон, а через гідрофобність волокна карбідоутворюючим металом (наприклад, титаном) - шляхом хімічного осадження або плазмового напилення. Товщина шару титану не більше 0,2 мкм (при більшій товщині збільшується крихкість волокон). У результаті межа міцності при зсуві зростає більш ніж в 1,5 раза. Найбільшу адгезію до різних полімерних зв'язуючих мають алюмоборосилікатні скляні волокна. Несучу здатність, антифрикційні властивості, навіть у відносно абразивовмісних середовищах, самозмащення, жорсткість і ударну в'язкість заявленому антифрикційному гібридному композиційному матеріалу додають додатково порошкоподібний наповнений твердими мастилами (наприклад, кокс і дисульфід молібдену) політетрафторетилен, порошок силікованого графіту, мелений тонкодисперсний тальк. Останній завдяки лускатій структурі часток не тільки покращує антифрикційні властивості композиційного матеріалу, теплову і хімічну стійкість, а також знижує усадку при формуванні. Сумарний вміст армуючих волокон складає 50-60 % від маси зв'язуючого. Кількісне співвідношення вуглецевих і скляних волокон становить 66464 4 2:1. Зі збільшенням кількості скляних волокон знижується теплопровідність та антифрикційні властивості матеріалу. Сумарний вміст порошкоподібних наповнювачів 15-30 % від маси зв'язуючого в залежності від призначення композиційного матеріалу. Підготовка антифрикційного гібридного композиційного матеріалу, який призначений для підшипника ковзання, включає змішування порошкоподібних наповнювачів і підготовку епоксидного зв'язуючого. Порошкоподібні наповнювачі - це наповнений твердими мастилами (наприклад, кокс, дисульфід молібдену) політетрафторетилен масовою часткою 15-20 % від маси зв'язуючого, силіційований графіт - 5-10 %, мелений тонкодисперсний тальк - 5-7 %, які перемішують у спеціальному змішувачі 20-30 хвилин. Після змішування частинки мають шорстку поверхню, що покращує механічне зчеплення зі зв'язуючим. У змішувачахмішалках періодичної дії змішують для пластифікації модифіковане м'якими металами (наприклад, бронза, мідь тощо) хлоровмісне (на основі епіхлоргідрину) епоксидне зв'язуюче з нітрильним каучуком в пропорції 12-15 % до маси зв'язуючого, перемішуючи його протягом 15-20 хвилин. Вводять затверджувач дихлордіамінодифелінметан (забезпечує найбільшу зносостійкість у сполученні в порівнянні з іншими затверджувачами) у кількості 20 % і перемішують протягом 25-30 хвилин. Для рівномірного розподілу порошкоподібних наповнювачів в композиції їх перемішують з невеликою кількістю отриманого зв'язуючого до пастоподібної консистенції, потім з іншою кількістю зв'язуючого. Підготовленим епоксидним зв'язуючим просочують пластини вуглецевих і скляних волокон. У вуглецевих волокон багато пор залишаються незаповненими зв'язуючим, за рахунок цього виникає недостатня міцність при міжшаровому зсуві. Механічні показники відомого композита вдається підвищити за рахунок вмісту скловолокна, але вони залишаються нижчими, ніж у склопластику. Крім того, відомий гібридний композиційний матеріал не має самозмащування і його використання як матеріал підшипника ковзання для роботи в умовах запиленості навколишнього повітря, наприклад, у складі сільськогосподарських машин приводить до зниження зносостійкості матеріалу. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого антифрикційного гібридного композиційного матеріалу, в якому включення нових компонентів дозволило б збільшити текучість полімерного зв'язуючого, під час формування, та адгезійну взаємодію з армуючими волокнами, а також збільшити жорсткість, теплопровідність, антифрикційні властивості композита і за рахунок цього збільшити зносостійкість антифрикційного гібридного композиційного матеріалу. Поставлена задача вирішується тим, що в антифрикційному гібридному композиційному матеріалі на основі модифікованого порошками м'яких металів епоксидного зв'язуючого, що містить армуючі вуглецеві та скляні волокна, епоксидне зв'язуюче пластифіковано нітрильним каучуком і додатково містить порошкоподібний 5 політетрафторетилен, який наповнений твердими мастилами, порошок силікованого графіту і мелений тонкодисперсний тальк, а вуглецеві волокна оброблені карбідоутворювальним металом (наприклад, титаном). Наявність у антифрикційному гібридному композиційному матеріалі додатково нових порошкових наповнювачів, пластифікація епоксидного зв'язуючого і обробка вуглецевих волокон карбідоутворювальним металом у взаємозв'язку з іншими елементами у заявленому антифрикційному гібридному композиційному матеріалі виявляє нові властивості, які приводять до підвищення механічних, антифрикційних показників і зносостійкості матеріалу. У заявленому антифрикційному гібридному композиційному матеріалі текучість епоксидного зв'язуючого і змочення армуючих волокон і порошкових наповнювачів збільшується за рахунок його пластифікації нітрильним каучуком в кількості не більше 5 % від маси зв'язуючого (при підвищенні знижується жорсткість), в результаті ступінь заповнення пор в армуючих волокнах зростає і збільшується зв'язок на межі волокно - зв'язуюче і адгезія частинок наповнювачів до зв'язуючого, тим самим підвищується межа міцності матеріалу при зсуві. Міцність зв'язку вуглецеве волокно - епоксидне зв'язуюче на рівні адгезійної взаємодії збільшують обробітком армуючим вуглецем в просочувальних машинах вертикального типу і викладають пошарово у металеву форму. Для отримання деталей тертя складної форми заздалегідь виконують розкрій пластин з армуючих волокон. Затвердіння антифрикційного гібридного композиційного матеріалу здійснюється при температурі 140-160 °C, при тиску 10 МПа протягом 1,6-4 годин з наступним охолодженням у формі. Після затвердіння антифрикційний гібридний композиційний матеріал виймають з форми і при необхідності механічно обробляють із застосуванням звичайного металорізального інструмента. Заявлений антифрикційний гібридний композиційний матеріал поєднує високі антифрикційні властивості з механічною міцністю, вібростійкістю, демпфуючою, хімічною і корозійною стійкістю. Характеристики міцності запропонованого матеріалу визначаються армуючими вуглецевим та скляним волокнами, які модифіковані м'якими металами епоксидним зв'язуючим. Міцність вуглецевих волокон (вздовж волокон) становить 3,0-3,5 ГПа, мо Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 66464 6 дуль пружності 200-250 ГПа (у сталі 200 ГПа). Вуглецеве волокно не схильне до деструкції через високу тепло- і хімікостійкість в різних агресивних середовищах, що забезпечує високу втомну міцність. Скляні волокна жорсткі (міцність 70 Гпа), термостійкі, вібростійкі, при короткочасному періодичному навантаженні зберігають пружні властивості (підпорядковуються закону Гука). Обробка вуглецевих волокон карбідоутворюючим металом (наприклад, титаном) створює міцний адгезійний зв'язок на межі епоксидне зв'язуюче - волокно. Пластифікація епоксидного зв'язуючого нітрильним каучуком покращує змочування волокон і заповнення пор в вуглецевому волокні, що збільшує механічний зв'язок зв'язуючого з волокном. У результаті антифрикційний гібридний композиційний матеріал має високу межу міцності при зсуві і низьку повзучість, що підвищує його зносостійкість. Антифрикційні властивості заявленого антифрикційного гібридного композиційного матеріалу додають армуючі вуглецеві волокна, порошкоподібні наповнювачі - наповнений твердими мастилами політетрафторетилен (фторопласт), силікований графіт, тонкодисперсний мелений тальк так, що коефіцієнт тертя становить 0,15-0,05 в інтервалі температур 20-100 °C. При роботі заявленого матеріалу в сполученні з деталлю, яка виконана з нержавіючої сталі, модифіковане м'якими металами епоксидне зв'язуюче та порошкові наповнювачі піддаються трибодеструкціі і графітизації вуглецевого волокна з утворенням на сполучених поверхнях графітоподібної зносостійкої плівки перенесення, що забезпечує зносостійкість пари тертя. Крім того, антифрикційний гібридний композиційний матеріал є більш еластичним у порівнянні зі сталлю і має мікропори (мікропори мають частинки силікованого графіту, тальку, вуглецеві волокна), які частково утримують мастило і поглинають тверді мікрочастинки в запилених середовищах, оберігаючи від зносу поверхні сполучених деталей, і за рахунок цього збільшуючи зносостійкість. Завдяки високим механічним та експлуатаційним властивостям: міцність, жорсткість, втомна міцність, близькість величин коефіцієнтів температурного розширення заявленого матеріалу і металу, низький коефіцієнт тертя, а також хороша зносостійкість антифрикційний гібридний композиційний матеріал перспективний для використання його за матеріал підшипника ковзання. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601