Антифрикційний композиційний матеріал

Антифрикційний композиційний матеріал, що містить зв'язуюче на основі водорозчинних резольних феноло-формальдегідних олігомерів і рубані хімічні волокна: вуглецеве або поліоксадіазольне, чи їх суміш, який відрізняється тим, що як зв'язуюче містить продукт співконденсації фенолу, бісфенолу бісгідроксифенілтетраметилдисилоксану загальної формули: Пропонований винахід відноситься до композиційних матеріалів, зокрема, до композиційного матеріалу (KM), що включає фенолоформальдегідне зв'язуюче і наповнювачі, що складається з рубаних хімічних волокон; поліоксадіазольних чи вуглецевих, чи їхньої суміші, призначеному для роботи в якості антифрикційного композиційного матеріалу для підшипників ковзання різного призначення. Пропонований KM може бути використаний у машинобудуванні для виготовлення зносостійких, високоміцних виробів, здатних працювати у вузлах сухого тертя при підвищених навантаженнях, температурах та в агресивних середовищах. Відомий антифрикційний композиційний матеріал [Патент 2070902. Росія. МКИ6 С08L61/10 "Прессмасса для изготовления изделий из угле родного композиционного материала", публікація 27.12.96. Бюл. №36]. Пресмаса, що містить 28-38% термореактивні смоли, переважно фенолоформальдегідну смолу, та вуглецевий наповнювач у вигляді порошка або суміші порошкового вуглецевого наповнювача та вуглецевого волокнистого наповнювача у вигляді вати н.б. 40% від загальної маси наповнювача. До недоліків відомого винаходу варто віднести низькі фізико-механічні властивості KM, оскільки використовуються наповнювач з низькими міцносними властивостями, та немодифіковане зв'язуюче, яке має також низьку екологічну безпеку: вміст залишкових фенолу і формальдегіду до 10%. Відоме використання модифікованого біофенольним продуктом фенолоформальдегідного зв'язуючого, та скловолокнистого наповнювача CH3 Si C H2 OH CH3 (19) UA (11) 76031 і формальдегіду у співвідношенні компонентів за молекулярною масою 1:0,0270:2,0026 відповідно, і додатково містить графіт при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: зв'язуюче 35-55 рубані хімічні волокна; вуглецеве або поліоксадіазольне, чи їх суміш 40-60 графіт 5-15. C2 C Si O H2 CH3 (13) CH3 HO 3 76031 4 [Патент 2058341. Росія "Препрег, содержащий відповідно спочатку в умовах новолачної конденстекловолокнистый наполнитель". Публікація сації в присутності концентрованої соляної кисло19.05.93. Бюл. №11, 1996р. с.174. MKИ6 С08L5/24, ти (з розрахунку 0,125мл на моль фенолу) при C08J5/14, С08J5/24, C08L61/12]. Препрег, що мікип'ятінні реакційної суміші протягом 30 хвилин, а сіть скловолокнистий наповнювач і зв'язуюче, яке потім в умовах резольної конденсації в присутності включає фенолоформальдегідну смолу і пластилужного каталізатора - їдкого натру (з розрахунку фікатор, що представляє собою багатоатомний 5г на моль фенолу) у виді 45%-ного водного розспирт, наприклад, поліетиленгліколь, що відрізнячину. Суміш витримували при температурі 70°С ється тим, що зв'язуюче в якості смоли містить протягом 3-х годин. біофенольний продукт, отриманий в результаті Зв'язуюче являє собою 50%-ний водний розреакції дифенілол-пропану з формальдегідом у чин модифікованих ВФФО. спиртолужному середовищі і додатково діефірний Запропонований склад антифрикційного KM пластифікатор загальної формули CnHmО2, де дозволяє підвищити фізико-механічні властивості, n=10-32, m=22-54. теплостійкість і водостійкість та отримати більш До недоліку відомого технічного рішення варто низький коефіцієнт тертя. віднести низьку водостійкість, пов'язану з присутТаке підвищення властивостей KM пояснюєтьністю спиртів. ся наявністю у структурі ствердженого полімерноНайбільш близьким по технічній сутності і рего зв'язуючого Si-О-Si зв'язків, які були виявлені зультату, що досягається, до винаходу, є антифметодом ІЧ-спектроскопії. Кремнійорганічні фрагрикційний KM на основі ретельних водорозчинних менти, які упроваджуються у структуру стверджефенолоформальдегідних олігомерів, модифікованого фенолоформальдегідного полімеру, грають них фенілтриетоксисиланом, і рубаних хімічних роль пластифікатора і підвищують ударну в'язкість волокон [Деклараційний патент 60619А Україна та межу міцності при вигину та стисненні, також МПК7 С08L61/10, C08К13/00, F16С33/12 "Антифриз'явилися причиною підвищення теплостійкості кційний композиційний матеріал", публікація полімерної матриці, а їхня гідрофобність підвищи15.10.2003, Бюл. №10] (прототип). ла її водостійкість. При порівнянні ІЧ-спектрів До недоліків прототипу варто віднести низьку ствердженого хімічно модифікованого БГФТМДСО теплостійкість КМна основі органічних волокон, ВФФО з ІЧ-спектрами зв'язуючого прототипа вияввисоке водопоглинання, коефіцієнт тертя, низьку лена значна різниця інтенсивності піків коливань ударну в'язкість, низьку технологічність зв'язуючочастоти 1100см-1, відповідальної за вміст ланок Siго (розшарування при збереженні). О-Si, в бік зростання в пропонованому зв'язуючоЗадачею пропонованого винаходу є створення му. антифрикційного KM на основі водорозчинного Підтвердження підвищення термостабільності фенолоформальдегідного зв'язуючого зі зниженим дає метод диференційно-термічного аналізу (ДГА). вмістом залишкового фенолу (до 1%), хімічних Термогравіметричні криві показали більш високу волокон та графіту, що має високі теплостійкість, термостабільність у пропонованого зв'язуючого, водостійкість, і фізико-механічні властивості та так, втрата маси при 250°С для нього складає низький коефіцієнт тертя шляхом введення в стру~8%, а у прототипа ~10%. ктуру полімерного зв'язуючого кремнійоорганічних Встановлено, що введення модифікуючого ланок Si-О-Si, що підвищують його теплостійкість, компоненту БГФТМДСО на стадії конденсації міцнісні характеристики і водостійкість. ВФФО значно зменшує поверхневий натяг розчину Поставлена задача досягається тим, що відозв'язуючого (25,97мН/м2), а змочування ним воломий антифрикційний KM, що включає зв'язуюче на книстого наповнювача поліпшується значно більоснові термореактивних водорозчинних фенолоше, ніж у прототипа, поверхневий натяг для якого формальдегідних олігомерів (ВФФО) і рубані хіміскладає 35,3мН/м2, що приводить до кращої адгечні волокна згідно винаходу містить продукт сокозії пропонованого зв'язуючого на поверхні наповнденсації фенолу, біофенолу нювача і до підвищення фізико-механічних власбіогідроксифенілтетраметілдісилоксану тивостей KM (Таблиця). (БГФТМДСО) загальної формули: В результаті проведених досліджень встановCH3 CH3 лена оптимальна кількість модифікатора HO CH2 Si O Si БГФТМДСО, яка складає 10% від маси фенолу при CH2 OH синтезі ВФФО. CH3 CH3 , KM одержують таким способом: і формальдегіду при мольному співвідношенні Поліоксадиазольне і вуглецеве волокна у викомпонентів 1:0,0270:2,0026 відповідно і додатково гляді комплексних юпок ріжуть на відрізки близько містить графіт при наступному співвідношенні 10мм, просочують розчином зв'язуючого, що предкомпонентів, мас.%: ставляє собою водний розчин модифікованих зв'язуюче 35-55 БГФТМДСО фенолоформальдегідних олігомерів, в рубані хімічні волокна вуглецеве чи пояке введена необхідна кількість графіту. Отрималіоксадіазольне чи їхня суміш 40-60 ний пресволокніт висушують до вмісту летких 5графіт 5-15. 7%. KM пресують при температурі 160 10°С і пиМодифіковані ВФФО (зв'язуюче) вперше синтомому тиску 250-350МПа. тезували за розробленою в УДХГУ методикою Наводимо приклади конкретного виконання двостадійним способом - шляхом сумісної конденпропонованого винаходу. сації фенолу, біофенолу БГФТМДСО і формальдеПриклад 1 гіду при мольному співвідношенні 1:0,0270:2,0026 Композиційний матеріал включає 54мас.% ру 5 76031 6 баного поліоксадіазольного волокна, хаотично вого нетягу рідин використовувався змінений мерозташованого в 40мас.% модифікованого тод Вильгельмі [Файнерман А.Е., Липатов Ю.С., БГФТМДСО зв'язуючого, змішаного з 6% графіту. Кулик В.М. Простий метод визначення поверхнеПриклад 2 вого натягу і крайових кутів змочування рідин // Композиційний матеріал включає 54мас.% руКолоїдний журн. - 1970, -32, №4, с.620-623]. баного вуглецевого волокна, хаотично розташоваПоверхневий натяг волокон визначали метоного в 40мас.% модифікованого БГФТМДСО зв'ядом Ельтону [Файнерман А.К. Нове у визначенні зуючого, змиваного з 6% графіту. поверхневого натягу твердих полімерів // Новые Приклад 3 методы исследования полимеров. - Київ, Наук. Композиційний матеріал включає 24мас.% рудумка, 1975, - C.17-29] уточненим [Установки для баного поліоксадиазольного волокна і 24мac.% визначення поверхневого тиску на базі аналітичрубаного вуглецевого волокна, хаотично розташоних ваг // Інформац. лист №6, Ін-т хімії високомованих в 40мас.% модифікованого БГФТМДСО лекулярних сполучень АНУРСР - Київ: Наук. думзв'язуючого, змішаного з 6% графіту. ка, 1969 - 10с.]. Експериментальні дослідження пропонованого Термогравіметричні дослідження проводились КМ у якості антифрикційного KM із підвищеними на дериватографі фірми MOM системи "Пауліктеплостійкістю, водостійкістю, антифрикційними і Паулік-Ердеі", Т - 20-500 С, швидкість підйому фізико-механічними властивостями показали, що температури 5° за хвилину, маса проби - 200мг. при вмісті в KM, хімічно модифікованих ВФФО оліПредставлені в таблиці дані показують, що загомерів менше 35мас.% і більше 55мас.%, волокпропонований антифрикційний KM має в порівняннистих наповнювачів менше 40мас.% і більше ні з матеріалом-прототипом у залежності від напо60мас.%, графіту менше 5% і більше 15%, не вдавнювача: зменшений коефіцієнт тертя на 10%, ється домогтися поставленої задачі. підвищені ударну в'язкість на 13-18%, межі міцносВипробування по визначенню коефіцієнта терті при вигині - на 6-9% стиску - на 5-12%, підвищетя проводилися на машині СМЦ-2 (ТУ 25.06.813) ну теплостійкість за Мартенсом - на 40°С, зменпри швидкості ковзання 0,3м/с, тиску 2,5МПа. шене водопоглинання на 20%. Фізико-механічні випробування проводилися З пропонованого антифрикційного KM виготовідповідно до ГОСТ для пластмас: ударної в'язковлялися промислові зразки (деталі), що пройшли сті по Шарлі - ГОСТ 4647-80, межі міцності при випробування в умовах працюючого обладнання вигині - ГОСТ 4648-81, межі міцності при стиску Нижньодніпровського трубопрокатного заводу (м. ГОСТ 4651-82, водопоглинання - ГОСТ 4650-80. Дніпропетровськ). Отримані рекомендації до впроІЧ спектри отвердженого зв'язуючого реєструвадження антифрикційного KM замість базових, валися на інфраспектрометрі UR-20. виготовлених з пресматеріалів на основі серійного Дія визначення крайових кутів змочування пофенолоформальдегідного лаку ЛБС-1. верхні волокна полімерним зв'язуючим і поверхнеТаблиця Фізико-механічні, теплофізичні, трибологичні властивості пропонованого композиційного матеріалу Зв'язуюче Приклад Склад Модиф. БГФТМДСО ФФО Модиф. 2 БГФТМДСО ФФО Модиф. 3 БГФТМДСО ФФО ФФО Прототип 1 ФТЕС ФФО Прототип 2 ФТЕС ФФО Прототип 3 ФТЕС 1 Наповнювач Межа міцності, Теплостійкість ВодоМпа, при Ударна Коефіцієнт за Мартенсом, поглинання, тертя Вміст, в'язкість, % С Вигині Стисненні % Вміст, % Вид волокна 46 Вуглецеве волокно 54 97 210 128 Більше 250 0,45 0,09 46 Поліоксадиазольне волокно 54 54 158 130 225 0,49 0,16 46 Вуглецеве волокно, поліоксадиазольне волокно 27 72 167 120 238 0,47 0,11 Вуглецеве волокно 54 82 198 122 Більше 250 0,50 0,10 Поліоксадиазольне волокно 54 46 145 116 188 0,57 0,18 Вуглецеве волокно, поліоксадиазольне волокно 27 27 64 157 126 198 0,61 0,12 37 9 37 9 37 9 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 27 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