Антифрикційна композиція

Реферат: UA 67836 U UA 67836 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до наповнених полімерних композицій на основі армуючого матеріалу і полімерного термопластичного зв'язуючого, яке використовують для виготовлення деталей ковзання. Вони призначені для роботи, в якості вузлів тертя, в умовах вібрацій, ударних навантажень, високої окружної швидкості та проблемним підведенням рідких і пластичних мастил до поверхонь тертя. Відомий антифрикційний композиційний матеріал, за патентом РФ №2307130, МПК C01J 5/16 від 27.09.2007 року, на основі зв'язуючого з політетрафторетилену, що включає як наповнювачі дисульфід молібдену, подрібнений політетрафторетилен та наповнювач у вигляді порошку кристалічного графіту. Відомий антифрикційний композиційний матеріал має підвищені показники зносостійкості. Основний його недолік полягає в низькій міцності, нестабільності розмірів при зміні температури, складності характеру залежності коефіцієнта лінійного термічного розширення та коефіцієнта тертя від швидкості ковзання. За сукупністю суттєвих ознак до заявленої антифрикційної композиції найбільш близька антифрикційна композиція за патентом РФ №2188834(13) С2, МПК 7 C08L 63/00, F16 C 33/04 від 10.09.2002 року, що включає армуючий матеріал з вуглецевого волокна середнім розміром кристалітів 3-6 нм, поліедральні багатошарові вуглецеві наноструктури з середнім розміром частинок 60-200 нм і полімерного зв'язуючого. Відома антифрикційна композиція має підвищені показники міцності при зсуві завдяки покриттю вуглецевих волокон поліедральними багатошаровими вуглецевими наноструктурами, через високий адгезійний зв'язок на межі волокно-зв'язуюче. Також даний антифрикційний матеріал має високу зносостійкість та знижений коефіцієнт тертя, який не залежить від орієнтації волокон до поверхні тертя. За рахунок цього відома композиція придатна для виготовлення великогабаритних деталей тертя, де як мастило передбачається використання переважно води. Основний недолік даної конструкції полягає в низькій швидкості ковзання та ударостійкості. В основу корисної моделі поставлена задача створення такої антифрикційної композиції, в якій включення нових компонентів дозволило б забезпечити стабільно високі антифрикційні властивості в широкому інтервалі зміни температури, навантаження і швидкості ковзання при різних видах мастила, підвищити жорсткість і ударостійкість, забезпечити екологічність композиції і продуктів її екстракції, і за рахунок цього підвищити зносостійкість і ефективність роботи як деталей тертя. Поставлена задача вирішується тим, що антифрикційна композиція, що включає армуючий матеріал з вуглецевого волокна із середнім розміром кристалітів 3-6 нм, поліедральні багатошарові вуглецеві наноструктури з середнім розміром частинок 60-200 нм, додатково містить порошкові наповнювачі з олов'яно-фосфористої бронзи і нанопористого графіту, а як полімерне зв'язуюче містить полікарбонат, який модифікований політетрафторетиленом та наповнений дисульфідом молібдену. Наявність в антифрикційній композиції додаткових порошкових наповнювачів з олов'янофосфористої бронзи, нанопористого графіту і полімерного зв'язуючого з полікарбонату, яке модифіковане політетрафторетиленом та наповнений дисульфідом молібдену у взаємозв'язку з іншими елементами невідомо і в заявленій антифрикційній композиції проявляє нові властивості, які призводять до підвищення міцності, антифрикційних та зносостійких властивостей композиції. У заявленому антифрикційному композиційному матеріалі високу теплопровідність забезпечують армуюче вуглецеве волокно, поліедральні багатошарові вуглецеві наноструктури, порошкові наповнювачі з олов'яно-фосфористої бронзи і нанопористого графіту з одночасним поліпшенням антифрикційних властивостей композиції за рахунок їх високих антифрикційних властивостей в широкому інтервалі зміни температур - від -150 до +135 °C. Низьке і практично незалежне від температури значення коефіцієнта лінійного термічного розширення вуглецевих волокон в сукупності з міцним міжшаровим зв'язком забезпечує високу міцність при зсуві і несучу здатність. Нанопористий графіт одержують шляхом високотемпературної обробки (25003000 °C) карбонізованого вуглецевого матеріалу (наприклад, на основі пеків), при якій утворюються структури з тримірно впорядкованими вуглецевими кристалітами, які мають розмір не більше 5 нм, і розмірами пор від декількох нанометрів до кількох мікрон. З отриманого матеріалу шляхом розмелювання отримують тонкодисперсний нанопористий графіт. Найважливіша властивість частинок нанопористого графіту полягає у високій сорбції молекул речовин - інтеркалянтів, що послаблюють зв'язки між площинами міжшарових речовин і збільшення ковзання один відносно одного, що призводить до підвищення антифрикційних властивостей композиції. Як інтеркалянти використовують перехідні метали (кобальт, залізо, мідь, нікель), хлориди металів (алюмінію, міді, кобальту), а особливо молекули води, джерелом яких у природних умовах є повітряне середовище з нормальною вологістю повітря. Найбільш 1 UA 67836 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 використовуваний як зв'язуюче полікарбонат на основі дифенілопропану (відомі марки дифлон, макролон, лексан, юпілон, тоуфлон). Полімерне зв'язуюче на основі полікарбонату, який модифікований політетрафторетиленом та наповнений дисульфідом молібдену, в сукупності з наповнювачем із нанопористого графіту надає заявленій композиції властивість самозмащення, що зберігає низький коефіцієнт тертя без мастила. Крім того, полімерне зв'язуюче на основі полікарбонату надає антифрикційній композиції жорсткості, ударостійкості, вібростійкості, стабільності розмірів виробів при переробці, сталості міцнісних властивостей в зазначеному вище інтервалі температур, бензостійкість, маслостійкість, атмосферостійкість, інертність до дії мікроорганізмів, самозагасання при горінні. У ненаповненому стані коефіцієнт тертя полікарбонату по сталі не перевищує 0,3, ударна в'язкість досягає 500 кДж/м, що в п'ять разів вище ударної в'язкості фторопласта і в два рази вище ударної в'язкості відомої антифрикційної композиції. Запропонована антифрикційна композиція на основі наповненого полікарбонату має в кілька разів менший коефіцієнт тертя по сталі і в десятки разів нижчу інтенсивність зношування в порівнянні з ненаповненим полікарбонатом. Формування заявленої антифрикційної композиції здійснюють наступним чином. Полікарбонат з однорідною дрібносферолітною структурою, який модифікований політетрафторетиленом (12-15 % від заг. маси) та наповнений дисульфідом молібдену (5-15 % від заг. маси), перемішують у спеціальній мішалці-реакторі з армуючим вуглецевим волокном (40-45 % від заг. маси), та середнім розміром кристалітів 3-6 нм, нанесеними на поверхню поліедральними багатошаровими вуглецевими наноструктурами, із розміром часток не більше 200 нм, порошкоподібними наповнювачами з олов'яно-фосфористої бронзи і нанопористого графіту протягом 40-60 хвилин. З отриманої багатокомпонентної системи залежно від в'язкості розплаву методом лиття при температурі 240-320 °C і тиску 150-200 МПа виготовляють зразки деталей тертя. Спеціальні дослідження показали, що запропонована антифрикційна композиція відрізняється високими теплопровідністю, електропровідністю, ударо- та вібростійкістю, стійкістю до дії водних розчинів мінеральних кислот і солей, дії морської води, вуглеводнів і масел, біологічно неактивна і неактивні продукти екстракції. Антифрикційна композиція має наступні міцнісні властивості: межа міцності при вигині 100-140 МПа та ударна в'язкість 300-500 кДж/м, які практично постійні в інтервалі температур від -150 до +135 °C. Допустиме навантаження при нормальній температурі в умовах тертя ковзання становить 35 МПа і окружна швидкість до 1200 об/хв. Коефіцієнт тертя по вуглецевій сталі (навантаження 5-25 МПа, швидкість ковзання 0,5-1,8 м/с) без мастила склав 0,12-0,16, з мастилом - 0,03-0,05 на початковій стадії припрацювання, після утворення поверхневої плівки перенесення коефіцієнт тертя знижується до 0,015-0,02, при позитивній температурі середовища. При змащенні водою значення коефіцієнта тертя знаходяться в межах 0,02-0,025. Включення нових компонентів в антифрикційну композицію забезпечує високі антифрикційні властивості в широкому інтервалі температур, навантаження, швидкості ковзання і за рахунок цього підвищує зносостійкість композиції і ефективність роботи як деталей тертя. Антифрикційна композиція технологічна при виготовленні виробів шляхом точіння, різання, пиляння, фрезерування, з'єднувати деталі за допомогою цвяхів, заклепок, склеювання, а також шліфувати і полірувати готові деталі, що підвищує перспективність використання композиції як деталей тертя. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Антифрикційна композиція, яка включає армуючий матеріал з вуглецевого волокна та середнім розміром кристалітів 3-6 нм, поліедральні багатошарові вуглецеві наноструктури, з середнім розміром частинок 60-200 нм і полімерне зв'язуюче, яка відрізняється тим, що вона додатково містить порошкові наповнювачі з олов'яно-фосфористої бронзи і нанопористого графіту, а як полімерне зв'язуюче - полікарбонат, який модифікований політетрафторетиленом та наповнений дисульфідом молібдену. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 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 2