Композиційний триботехнічний матеріал

Композиційний триботехнічний матеріал, що містить полімерне зв'язуюче, полімерний компонент та сухе мастило, який відрізняється тим, що як полімерне зв'язуюче містить поліамід 6 з розміром частинок 80-100мкм, одержаний кріогенним диспергуванням, як полімерний компонент - поліамід 11 з розміром частинок 80-100мкм, сухе мастило з розміром частинок не більше 80мкм при такому співвідношенні компонентів, мас. % поліамід 11 з розміром частинок 80-100мкм 1,0-40,0 сухе мастило з розміром частинок не більше 80мкм 0,11-5,0 поліамід 6 з розміром частинок 80-100мкм, одержаний кріогенним диспергуванням до 100. Винахід відноситься до галузі полімерного матеріалознавства і може бути використаний для виготовлення антифрикційних покрить деталей вузлів тертя різних машин і механізмів, що експлуатуються переважно без підведення зовнішнього мастила. Для виготовлення покрить триботехнічного призначення широко застосовують полімерні зв'язуючі, головним чином, поліаміди, поліолефіни, фторовмісні полімери, поліефіри [1]. Найбільш розповсюдженою технологією нанесення таких покрить є метод псевдозрідженого шару, у якому металеву заготівку, на яку наносять покриття, занурюють у псевдозріджений шар, що представляє собою повітряну суспензію полімерного порошку. Оплавлення осадженого порошку формує покриття заданої товщини на робочій поверхні деталі. Для забезпечення необхідних функціональних характеристик покриття до складу композицій вводять різні добавки: сухі мастила, порошки металів, силікатів, оксидів та ін. Вміст таких добавок звичайно складає від 5 до 40мас.%. Введення порошкоподібних добавок до складу композицій для одержання покрить істотно ускладнює технологію їхнього нанесення, тому що через відмінність в питомій вазі полімерних порошків і добавок спостерігається сепарація, у результаті якої одержується покриття неоднорідного складу. Прототипом винаходу є склад композиційного триботехнічного матеріалу на основі поліаміду 6 у якості полімерного зв'язуючого і що містить як функціональну добавку полімерний компонент, у якості якого обраний порошкоподібний поліолефін, і сухе мастило - графіт [2]. Введення до складу поліаміду 6 поліетилену низького тиску (ПЕНТ) приводить до формування гетерогенного покриття, що складається з поліамідної матриці з включеннями поліетилену. При експлуатації такого покриття під дією сил тертя відбувається плавлення частинок поліетилену з утворенням у зоні фрикційного контакту плівки розплаву, що виконує роль мастила. Покриття за прототипом застосовують у вузлах тертя різних машин, що експлуатуються при PV 5МПа м / с . Недоліками прототипу є недостатньо високе значення адгезійної міцності покрить на металевій підкладці унаслідок того, що поліолефіни мають низьку адгезію до металів; істотне зниження фізи (19) UA (11) 74604 (13) C2 (21) 2003065983 (22) 26.06.2003 (24) 16.01.2006 (46) 16.01.2006, Бюл. № 1, 2006 р. (72) Струк Васілій Алєксандровіч, BY, Костюковіч Гєннадій Алєксандровіч, BY, Кравченко Віктор Івановіч, BY, Овчінніков Євгеній Вітальєвіч, BY, Фьодоров Дмітрій Івановіч, BY (73) ОТКРИТОЄ АКЦІОНЄРНОЄ ОБЩЕСТВО "БЄЛКАРД", BY (56) Белый В.А. и др. "Вестник машиностроения", №11.1977. С.53-55 SU 1001676, A, 30.05.1988 SU 378094, A, 20.11.1974 US 3850820, 26.11.1974 3 74604 4 ко-механічних і теплофізичних характеристик баполімерним компонентом у барабанному змішувазового матеріалу - поліаміду при введенні до його чу з молольними (активуючими) елементами. складу значних кількостей (10-15мас.%) низькомоПокриття наносили з псевдозрідженого шару дульного полімеру - поліетилену; необхідність зазануренням нагрітого до 240-280°С металевого стосування спеціальних методів підготовки метазразка з наступним оплавленням осадженого полевих поверхонь для забезпечення заданого рівня рошкоподібного матеріалу. Поверхню металевого адгезійної міцності покрить. зразка очищали від оксидів і забруднень шляхом Задачею винаходу є збільшення адгезійної міобробки абразивним полотном і знежирювали бецності покрить на основі поліаміду з металевими нзином. Фізико-механічні характеристики покрить підкладками, збільшення фізико-механічних і тепоцінювали за загальноприйнятими методиками. лофізичних характеристик покрить, поліпшення Адгезійну міцність покриття оцінювали методом триботехнічних характеристик покриття при терті відшаровування під кутом 180°. Триботехнічні хабез мастила при підвищених температурах. рактеристики визначали за схемою "палець-диск" Поставлена задача вирішується тим, що в при швидкості ковзання 1м/с і питомому навантаскладі композиційного триботехнічного матеріалу, женні 5-10МПа. Покриття наносили на торцеву що містить полімерне зв'язуюче, полімерний комповерхню металевого циліндричного зразка діамепонент і сухе мастило, у якості зв'язуючого викотром 10мм. Для виготовлення зразків використористовують кріогенно подрібнений порошок поліавували сталь 08кп (адгезійна міцність) і ст 45 (триміду 6, а у якості полімерного компоненту ботехнічні випробування). Порівняльні поліамід 11 при наступному співвідношенні компохарактеристики заявлених складів і прототипу нентів: приведені в таблиці 2. Як випливає з представлених даних заявлені поліамід 11 1 40 склади (ІІІ-V, VIII, X) перевершують прототип 0,11 5 сухе мастило (склади І, II) за міцнісними, адгезійними і триботекріогенно подрібнений порошок хнічними характеристиками. Так при підвищенні поліаміду 6 решта до 100 температури до 50°С показник міцності складів, Склади конкретного виконання композиційних що заявляються, на 30 40% вище, ніж у прототитриботехнічних матеріалів відповідно до прототипу пу. Після кип'ятіння у воді склади, що заявляютьі винаходу приведені в таблиці 1. У якості полімеся, зберігають більш високі значення адгезійної рних матриць використовували порошки поліаміду міцності. Зменшення вмісту в композиції поліаміду 6 і поліаміду 11 з розмірами частинок 80 100мкм. 11 (склад VII) зменшує адгезійну міцність матеріаКріогенно подрібнений порошок поліаміду 6 одерлу, а перевищення вмісту поліаміду 11 вище заявжували механічним дробленням у млині гранул, леного співвідношення (склад VI) - зменшує міцохолоджених до температури рідкого азоту (ність матеріалу. Заміна графіту на інші види сухих 198°С) або інших зріджених газів (кисню, повітря, мастил - політетрафтороетилен (склад VIII) або вуглекислого газу). дисульфід молібдену (склад X) зберігає основні Необхідну фракцію отримували відсівом. Попоказники фізико-механічних, адгезійних і триборошкоподібні сухі мастила з розміром частинок не технічних характеристик. більш 80мкм змішували з полімерною матрицею і Таблиця 1 Склади композиційних триботехнічних матеріалів Компонент 1. Полімерні зв'язуючі: - поліамід 6 - поліамід 6 кріогенно подрібнений 2. Полімерний компонент: - поліетилен низького тиску (ПЕНТ) - поліамід 11 3. Сухе мастило: - графіт колоїдний - вуглецевий продукт УДАГ - політетрафтороетилен - дисульфід молібдену Прототип І ІІ ІІІ Вміст у матеріалі, мас.% Склади, що заявляються IV V VI VII VIII IX X 90 89 98,89 88,95 55,0 19 88,95 99,44 88,95 88,95 10 10 1 10 40 45 0,5 10 10 10 1 0,01 1 0,05 4,9 0,11 5,9 0,1 0,05 0,01 0,05 1 0,05 1 0,05 1 1 5 74604 6 Таблиця 2 Порівняльні характеристики складів, що заявляються, і прототипу Прототип І II Компонент 1. Руйнівне напруження при розтяганні, МПа - при температурі 20°С - при температурі 50°С 2. Твердість за Бринелем, МПа - при температурі 20°С - при температурі 50°С 3. Адгезійна міцність, МПа - вихідна - після кип'ятіння протягом 1 години 4. Коефіцієнт тертя при V=1м/с - при навантаженні 5МПа - при навантаженні 10МПа Суть винаходу полягає в наступному. При кріогенному подрібнюванні поліаміду відбувається розрив зв'язків в основному молекулярному ланцюзі з утворенням довгоіснуючих активних радикалів. Такі радикали додають частинці полімеру високу активність внаслідок їхньої здатності до реакції приєднання. Крім того, наявність у частинок поліаміду неспарених електронів приводить до виникнення у неї власного силового поля, яке надає орієнтуючу дію на розплав. З огляду на те, що температура плавлення поліаміду 11 і поліаміду 6 розрізняється на 70°С, дія силового поля частинок матричного полімеру (ПА6) зберігається після плавлення частинки полімерного компонента (ПА11). У результаті цього відбувається орієнтація розплаву поліаміду 11 у граничних шарах частинок ПА6. Це приводить до утворення орієнтованого граничного шару з підвищеними міцнісними характеристиками. Орієнтуюча дія частинок поліаміду 6 сприяє термодинамічній сумісності матриці і полімерної добавки, що приводить до гомогенізації композита, що збільшує його міцністні характеристики. Композиційний матеріал, що складається з термодинамічно сумісних компонентів (ПА6 і ПА11), перевершує за службовими характеристиками композит з термодинамічно несумісних компонентів (ПА6 і ПЕНТ). При терті внаслідок істотного розходження температур плавлення ПА6 і ПА11 відбувається плавлення більш низькоплав Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Вміст у матеріалі, мас.% Склади, що заявляються III IV V VI VII VIII IX X 55 28 73 38 70 35 65 34 60 32 73 37 69 35 65 32 71 35 1,6 1,9 0,65 1,0 2,3 1,2 2,5 1,3 2,5 1,3 1,7 0,9 2,2 1,3 2,0 2,2 1,0 1,15 1,5 0,6 53 30 0,22 0,20 0,20 0,18 0,17 0,18 0,21 0,18 0,18 0,18 0,15 0,13 0,13 0,12 0,11 0,11 0,15 0,13 0,12 0,11 кого компонента (ПА11) з утворенням плівки розплаву, що виконує роль мастила. Таким чином, розроблена композиція має властивості самозмазування при експлуатуванні вузлів тертя без мастила або при його обмеженні. Додаткове введення до складу композиції сухого мастила поліпшує триботехнічні характеристики. Використання у якості сухого мастила вуглецевмісного продукту детонаційного синтезу (УДАГ) додатково збільшує міцністні і адгезійні характеристики. У якості такого продукту доцільно використовувати УДАГ - ультрадисперсний алмазовмісний графіт, що промислово виробляється ЗАТ «Синта». Дисперсність такого продукту складає 3-10нм, а його наночастинки мають підвищену активність у реакціях взаємодії з полімерними матрицями. Розроблений композиційний матеріал призначений для виготовлення деталей вузлів тертя різних машин і механізмів, що експлуатуються без мастила або при його обмеженні. Джерела інформації. 1. Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных полимеров. -Минск, Наука и техника, 1992. -С.256. 2. Белый В.А., Савкин В.Г., Невзоров В.В. Самосмазывающие материалы на основе смесей термопластичных полимеров //Вестник машиностроения. -1977. -№11. -С.53-55. Підписне Тираж 26 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