Антифрикційний полімерний композиційний матеріал

Антифрикційний полімерний композиційний матеріал, що містить зв'язуюче на основі термореактивних водорозчинних резольних фенолоформальдегідних олігомерів, модифікованих фенілетоксисиланом, та рубані хімічні волокна, який відрізняється тим, що як рубане хімічне волокно композиційний матеріал містить поліамідбензімідазольні волокна довжиною 10-15 мм або 25-35 мм, або 45-55 мм та додатково графіт і нітрид бору при такому співвідношенні компонентів, мас. %: фенолформальдегідні олігомери, модифіковані фенілетоксисиланом 35,0-55,0 рубані поліамідбензімідазольні 40,0-65,0 волокна графіт 2,0-8,0 нітрид бору 2,0-8,0. UA (21) a200804113 (22) 01.04.2008 (24) 10.11.2009 (46) 10.11.2009, Бюл.№ 21, 2009 р. (72) ЛІПКО ОЛЕНА ОЛЕКСАНДРІВНА, БУРМІСТР МИХАЙЛО ВАСИЛЬОВИЧ, МИХАЙЛОВА ОЛЬГА ІВАНІВНА, КОБЕЛЬЧУК ЮРІЙ МИХАЙЛОВИЧ (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA, 60619, A, 15.10.2003 RU, 2137790, C1, 20.09.1999 RU, 2270845, C1, 27.02.2006 BY, 6342, C1, 30.06.2004 KR, 10000052, B1, 19.01.1991 JP, 57205475, A, 16.12.1982 C2 2 (19) 1 3 88728 водорозчинних фенолоформальдегідних олігомерів (ВФФО) із залишковим вмістом фенолу менш 1% і рубаних довжиною 10мм хімічних волокон: поліоксадиазольного чи вуглецевого [Деклараційний патент 60619А Україна, МПК7 С08 L61/10, С08К 13/00, F 16C33/12, "Антифрикційний композиційний матеріал". / Мокієнко Р.Л., Ліпко О.О., Михайлова О.І., Кобельчук Ю.М. Опубл. 15.10.2003. Бюл. №10] (прототип). До недоліків прототипу варто віднести: низькі фізико-механічні властивості такі, як ударна в'язкість (182 і 46кДж/м2) та межа міцності при статичному вигині (198 і 145МПа) при використанні вуглецевих та поліоксадиазольних волокон відповідно і високий коефіцієнт тертя (0,18) при використанні поліоксадиазольних волокон. Задачею пропонованого винаходу є створення конструкційного антифрикційного ПКМ на основі модифікованого ВФФО зі зниженим вмістом залишкового фенолу (до 1%) і рубаних хімічних волокон, що має низький коефіцієнт тертя, високі теплостійкість, водостійкість і фізико-механічні властивості шляхом застосування високомодульних поліамідбензімідазольних волокон та введення в ПКМ антифрикційних добавок. Поставлена задача досягається тим, що відомий антифрикційний КM, що включає зв'язуюче на основі термореактивних резольних водорозчинних фенолоформальдегідних олігомерів модифікованих ФТЕС та рубані хімічні волокна, відповідно до винаходу він в якості рубаного хімічного волокна містить поліамідбензімідазольні волокна довжи 4 ною 10-15мм або 25-35мм або 45-55мм, графіт і нітрид бору при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Фенолформальдегідні олігомери мо35,0-55,0 дифіковані фенілетоксисиланом Рубані поліамідбензімідазольні воло40,0-65,0 кна Графіт 2,0-8,0 Нітрид бору 2,0-8,0 Запропонований склад конструкційного антифрикційного ПКМ дозволяє значно підвищити фізико-механічні властивості та водопоглинання за рахунок застосування в якості наповнювача високо модульних поліамідбензімідазольних волокон, і також знизить коефіцієнт тертя за результатом введення в композицію антифрикційних добавок, таких як графіт і нітрид бору. ПКМ одержують у такий спосіб: Поліамідбензімідазольні комплексні нитки ріжуть на відрізки, просочують розчином зв'язуючого, що являє собою водний розчин фенолоформальдегідних олігомерів, змішаний з необхідною кількістю ФТЕС та антифрикційних добавок - графіту і нітриду бору. Отриманий пресматеріал висушують до вмісту летких ~6%. Висушений пресматеріал пресують при температурі 170±10°С і питомому тиску 25-35МПа. Приводимо приклади конкретного виконання пропонованого винаходу: Приклад 1 ПКМ включає 35мас. % модифікованого ФТЕС ВФФО зв'язуючого і хаотично в ньому розташованого наповнювача, що включає 55мас.% поліамідбензімідазольного волокна довжиною 10-15мм, 6мас. % графіту і 4мас.% нітриду бору. Приклади 2-9 ПКМ включає зв'язуюче і хаотично розташований у ньому наповнювач та антифрикційні добавки відповідно до складів ПКМ, наведених в таблиці 1. Таблиця 1 Склад пропонованого полімерного композиційного матеріалу № зразка Прототип 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Склад наповнювача, мас. % Вміст зв'язуючого, Довжина во- Вміст волокВид волокна Графіт мас.% локна, мм на 35 10-15 55 6 42 10-15 48 8 55 10-15 40 2 35 25-35 55 2 Поліамід42 25-35 48 6 бензімідазольне 55 25-35 40 8 35 45-55 55 6 42 45-55 48 8 55 45-55 40 2 46 Вуглецеве 10 54 46 Поліоксадіазольне 10 54 Виготовлення виробів з запропонованого антифрикційного композиційного матеріалу не вимагає використання специфічного технологічного обладнання, що використовується при одержанні виробів з пресволокнитів по періодичному методу, Нітрид бору 4 2 8 8 4 2 4 2 8 і містить у собі підготовку наповнювача (рубання волокон), зв'язуючого (готування розчинів ВФФО з необхідною кількістю модифікатора та антифрикційних добавок), просочування волокнистого напо 5 88728 внювача розчином зв'язуючого, сушіння пресволокниту і наступне пресування виробів. Експериментальні дослідження пропонованого ПКМ у якості антифрикційного ПКМ із підвищеними фізико-механічними властивостями, високими теплостійкістю і водостійкістю і низьким коефіцієнтом тертя показали, що при вмісті в ПКМ модифікованого фенолоформальдегідного олігомеру менш 35мас. % і більш 55мас. %, поліамідбензімідазольного волокна менш 40мас.% і більш 65мас.%, графіту менш 2мас.% і більш 8мас.%, нітриду бору менш 2мас.% і більш 8мас.% і також при довжині рубаного волокна менш 10мм і більш 50мм не вдається досягти поставленої задачі. За результатом проведених досліджень встановлено, що збільшення довжини відрізків волокнистого наповнювача в пропонованому ПКМ веде до підвищення ударної в'язкості та межі міцності при вигині, але текучість пресматеріалу при цьому значно знижується. Рекомендується застосування наповнювача с довжиною 10-15мм для невеликих деталей та зі складною конфігурацією, а з довжиною 25-35мм і 45-55мм для виробів, які мають просту геометричну форму та працюють в дуже складних умовах навантаження. 6 Дослідження фізико-механічних властивостей ПКМ проводили відповідно до ДСТ для пластмас: ударна в'язкість по Шарпі - ДСТ 4647-80, межа міцності при вигині - ДСТ 4648-81, межа міцності при стиску - ДСТ 4651-82, водопоглинання - ДСТ 4650-80. Дослідження з визначення коефіцієнта тертя проводилися на машині СМЦ-2 (ТУ 25.06.813) при швидкості ковзання 0,3м/с, тиску 2,5МПа. Представлені в таблиці 2 дані показують, що пропонований антифрикційний ПКМ має в порівнянні з матеріалами прототипу в залежності від складу підвищенні ударну в'язкість у 3-7 разів, межу міцності при вигині у 1,1-1,6 разів, межу міцності при стиску у 1,7-1,8 разів; коефіцієнт тертя нижчий в 1,2 рази в порівнянні з прикладом 11, теплостійкість по Мартенсу нищу на 38°С в порівнянні з прикладом 10, однак, достатньо високу для антифрикційного ПКМ, і вищу на 22-24°С в порівнянні з прикладом 11. Такі властивості пропонованого ПКМ досягаються застосуванням високомодульного поліамідбензімідазольного наповнювача та антифрикційних добавок. Таблиця 2 Фізико-механічні, теплофізичні, трибологичні властивості, водостійкість пропонованого ПКМ № зразка 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Межа міцності, МПа, при Ударна в'язкість, кДж Статичному вистисненні м2 гині 257 198 202 260 200 203 250 204 205 310 215 210 315 218 212 320 219 215 330 227 208 332 230 210 335 223 211 82 198 122 46 145 118 Виготовлені з пропонованого антифрикційного ПКМ промислові зразки (деталі) пройшли випробування в умовах працюючого обладнання металургійного заводу замість деталей, які виготовлялись з текстоліту, і по зносостійкості перевершили прототип в 2-2,5 рази. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Теплостійкість за Коефіцієнт терВодоМартенсом, °С тя поглинання, % 208 209 210 211 210 209 208 210 212 250 188 0,14 0,15 0,15 0,14 0,15 0,15 0,15 0,15 0,14 0,10 0,18 0,35 0,34 0,35 0,34 0,34 0,35 0,34 0,34 0,35 0,50 0,57 Пропонований ПКМ може бути використаний як антифрикційний матеріал у машинобудуванні для виготовлення зносостійких, високоміцних виробів, здатних працювати у вузлах тертя при підвищених навантаженнях і температурах у вологих та агресивних середовищах. 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