Синтетико-металевий антифрикційний композит

Синтетико-металевий антифрикційний композит, виконаний з шарів кремнеземної тканини і C2 2 85137 1 3 85137 шують конструкційну сталь в 10...12 разів, при своїй питомій вазі, в 5...6 разів меншої стали; вони хімічно стійкі до багатьох агресивних середовищ, у тому числі, до масел, гасу, бензину; у сполученні з фулероідами (наповнювачами) вони забезпечують високу питому міцність і низький коефіцієнт тертя. Відомий шаруватий пластик антифрикційного призначення [1], виконаний у вигляді шарів, що чергуються, стеклоткани (кремнеземної тканини), просочених епоксидним сполучним, до складу якого уведений фторопласт у кількості 5-30% від об'єму. Недоліком відомого шаруватого пластику є недостатня зносостійкість і довговічність, тому що антифрикційний шар, що складається з епоксидного сполучного і вкраплень фторопласта, має невелику товщин у і згодом стирається (виробляється закладене в матеріалі тверде мастило), після чого відбувається тертя по стеклоткани, котра не є антифрикційним матеріалом, і, отже, підвищується коефіцієнт тертя і зношування, що приводить до необхідності заміни підшипників, наприклад, в екологічно чистих робочих колесах поворотнолопатевих гідротурбін, і до необхідності розбирання гідроагрегата. Відомий також підшипниковий елемент ковзання [2], виконаний у вигляді двошарової тканини, що містить на лицьовій стороні синтетичні (з термопластичної смоли) нитки і на внутрішній стороні - металеві нитки. Внутрішня сторона за допомогою припою з'єднана з несучою металевою обоймою (основою), а лицьова сторона просочена термотвердіючою смолою. Недоліком відомого підшипникового матеріалу є виконання ниток лицьової сторони з термопластичної смоли й просочення останніх термотвердіючою смолою, тому що зазначені смоли є посередніми антифрикційними матеріалами з високим коефіцієнтом тертя й низькими триботехнічними властивостями, внаслідок чого в підшипниках спочатку закладені недостатні зносостійкість і довговічність, особливо при високих навантаженнях. Найбільш близьким з виявлених аналогів до передбачуваного винаходу є анти фрикційний композит ПМБФ, виконаний з шарів кремнеземної тканини і насичених політетрафторетиленом шарів поліамідної (синтетичної) тканини, просочених сполучним на основі епоксидианових смол, при співвідношенні тканин, відповідно, як 1/1,2, а в сполучне й політетрафторетилен уведені фулероіди як металевий елемент: дисульфід молібдену, відповідно, 5-30% і 0,3% від об'ємів, і дрібнодисперсна бронза, відповідно, 5-30% і 0,3% від об'ємів, при певному співвідношенні компонентів. Недоліком відомого антифрикційного композита ПМБФ є деяка обмеженість застосування матеріалу у високонавантажених підшипниках по питомих навантаженнях. В основу передбачуваного винаходу поставлено задачу створити такий самозмащувальний антифрикційний композиційний матеріал, нове виконання якого дозволило б у порівнянні із прототипом підвищити діапазон застосування високонавантажених підшипників, зносостійкість і надійність останніх і зменшити їхній коефіцієнт тертя. 4 Матеріал, що заявляється, - синтетикометалевий антифрикційний композит (СМАК) характеризується тим, що виконаний з шарів кремнеземної тканини і насичених політетрафторетиленом шарів синтетичної тканини, просочених сполучним на основі епоксидианових смол, при цьому, у сполучне і політетрафторетилен як металеві елементи уведені фулероіди, зокрема, бронза. При цьому, відмітними ознаками передбачуваного винаходу в порівнянні із прототипом є: - виконання композита у вигляді лицьової синтетичної тканини й внутрішньої кремнеземної тканини; - застосування як синтетичної тканини - тканини «кевлар»; - виконання співвідношення об'ємів кремнеземної тканини й тканини кевлар, як 1/1,8; - насичення тканини кевлар політетрафторетиленом на 50-100% об'єму; - введення в сполучне і політетрафторетилен молекулярно-дисперсної бронзи, відповідно, 1520% і 0,4% від об'ємів; - введення додатково в сполучне і політетрафторетилен молекулярно-дисперсного хрому, відповідно, 15-20% і 0,4% від об'ємів; виконання наступного співвідношення компонентів, у об. %: Кремнеземна тканина 23,2 Тканина кевлар 41,9 Сполучне на основіепоксидианових смол 32 у тому числі: молекулярно-дисперсна бронза 15-20 молекулярно-дисперсний хром 15-20 Політетрафторетилен 2,9 у тому числі: молекулярно-дисперсна бронза 0,4 молекулярно-дисперсний хром 0,4 Виконання матеріалу по обмежувальних ознаках дозволяє використати його як підшипниковий матеріал. Виконання каркаса композита у вигляді лицьової синтетичної тканини і внутрішньої кремнеземної тканини дозволяє одержати просту стр уктуру матеріалу. Ніздрювато-сітчаста стр уктура каркаса добре насичується твердими й рідкими мастилами і за допомогою сполучного утворює композит. Застосування як синтетичного матеріалу надміцної тканини кевлар з гарними антифрикційними властивостями дозволяє підвищити навантаження на підшипник, підвищити зносостійкість і довговічність і зменшити коефіцієнт тертя. Виконання співвідношення кремнеземної тканини й тканини кевлар, як 1/1,8, дозволяє одержати оптимальну структуру матеріалу. Відносне зменшення об'єму кремнеземної тканини приводить до зниження міцності композита, а відносне зменшення об'єму тканини кевлар приводить до зниження зносостійкості й довговічності підшипника. Насичення шарів тканини кевлар з боку робочої поверхні композита політетрафторетиленом на 50-100% об'єму дозволяє забезпечити низький коефіцієнт тертя. Насичення тканини нижче 50% об'єму приводить до більш раннього стирання ро 5 85137 бочої поверхні композита і до підвищення коефіцієнта тертя. Введення в сполучне і політетрафторетилен молекулярно-дисперсних бронзи і хрому (фулероідів) дозволяє забезпечити рівномірний розподіл останніх по об'єму матеріалу і тим самим збільшити міцність, твердість, зносостійкість і зменшити деформацію композита при роботі. Введення в сполучне і політетрафторетилен молекулярно-дисперсної бронзи, відповідно, 1520% і 0,4% від об'ємів, дозволяє зменшити коефіцієнт тертя, зношування композита й поліпшити теплопровідність. При цьому, кількість молекулярно-дисперсної бронзи, наприклад, у сполучному, нижче 15% приводить до збільшення коефіцієнта тертя, деформації і зношування і до зниження тепловідведення, а кількість більше 20% приводить до зменшення міцності композита. Введення додатково в сполучне й політетрафторетилен молекулярно-дисперсного хрому, відповідно, 15-20% і 0,4% від об'ємів, дозволяє збільшити жорсткість і твердість композита. При цьому, кількість хрому менш 15% приводить до зниження жорсткості і твердості композита, а кількість більше 20% приводить до збільшення крихкості. При роботі композита у воді хром не підданий впливу корозії, отже, не порушується структура композита. Оптимальне сполучення молекулярнодисперсних бронзи і хрому - рівний об'ємний зміст останніх. У цілому, сукупність суттєви х ознак дозволяє одержати в порівнянні із прототипом такий матеріал, що підвищує довговічність роботи підшипників без мастила при більш високих навантаженнях, тобто, дозволяє одержати матеріал із заданими триботехнічними властивостями, з високими амортизаційними якостями, дозволяє зменшити коефіцієнт тертя і підвищити зносостійкість і надійність підшипників і гідроагрегата в цілому, також дозволяє застосовувати підшипники для екологічно чистих робочих коліс гідротурбін, що виключає забруднення рік і водойм масляними відходами. 6 Передбачуваний винахід ілюструється кресленням і таблицями: Фіг.1 - структура синтетико-металевого антифрикційного композита; Фіг.2 - конструкція підшипника; табл.1 - приклади конкретних складів композита; табл.2 - порівняльні характеристики конкретних складів композита і прототипу. Структура синтетико-металевого антифрикційного композита (СМАК) 1 (див. Фіг.1), нанесеного на металеву основу (обойму) 2, виконана з внутрішніх шарів кремнеземної тканини 3 і лицьових шарів тканини кевлар 4, насиченої на 50-100% об'єму політетрафторетиленом 5, які просочені сполучним 6 на основі епоксидианових смол. При цьому в сполучне 6 і політетрафторетилен 5 уведені молекулярно-дисперсні бронза 7 і хром 8. Конструкція підшипника, наприклад, складається (див. Фіг.2) з обойми 2 і нанесеного на неї композита СМАК 1. Шар композита СМАК 1 необхідної товщини наноситься на металеву або іншу обойму 2 за спеціальною технологією методом контактного формування. Залежно від умов роботи і вимог до матеріалу, композит СМАК може бути виконаний по конкретному рецепту і складу (ди в. табл.1). Анти фрикційний композит СМАК (при різному конкретному складі) у порівнянні з відомим антифрикційним композитом ПМБФ (див. табл. 2) має більш низький коефіцієнт тертя, більш високу питому міцність і, отже, більш високу довговічність в умовах високих навантажень. Джерела інформації: 1. Слоистый пластик. А.с. СССР №411748, МПК С08L63/00,1988. 2. Подшипниковый элемент скольжения. Патент ЧССР №229602, МПК F16С33/04,1984. 3. Анти фрикційний композит ПМБФ. Патент України №20095, МПК В32В17/12, 27/28,1997. Прототип. Таблиця 1 № Найменування комп/п понентів 1 1. 2. 3. 3.1 3.2 4. 2 Кремнеземна тканина Тканина кевлар Сполучне епоксидианове у тому числі: молекулярнодисперсна бронза молекулярнодисперсний хром Політетрафторетиден, № рецепта і склад композита по об'єму у % І II III IV V 3 4 5 6 7 Відомий композит по прототипу 8 23,2 23,2 23,2 23,2 23,2 25 41,9 41,9 41,9 41,9 41,9 32 32 32 32 32 42.4 15 20 15 15 20 2,9 2,9 15 2,9 2,9 2,9 2,6 Примеч. 9 7 85137 8 Продовження таблиці 1 у тому числі: молекулярнодисперсна бронза молекулярно4.2 дисперсний хром 4.1 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Таблиця 2 № Найменування п/п показників 1 1. 2 3. 4. X0 рецепта і склад композита - див. табл. 1 І II III IV V Відомий композит по прототипу 8 Примеч. 2 3 4 5 6 7 Питоме наван35...50 35...50 35...50 35...50 35...50 30...40 таження, МПа, до Коефіцієнт те0,011...0,11 0,01...0,13 0,011...0,12 0,01...0,1 0,009...0,08 0,011...0,17 ртя . P V - фактор, 85 91 86 88,5 88,5 66,5...73 МПа х м/хв Зношування і усадка в мм при питомому навантаженні 0,15...0,24 0,16...0,25 0,14...0,23 0,17...0,26 0,13...0,23 до 50МПа за 20...25 років експлуатації Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9