Полімерна композиція триботехнічного призначення

Реферат: Полімерна композиція триботехнічного призначення на основі епоксидно-діанової смоли ЕД-20, отверджувача у формі поліетиленполіаміну та різнофункціональних наповнювачів (вуглецеве волокно), яка як додатковий наповнювач містить оксид міді та високодисперсну бронзу. UA 85861 U (54) ПОЛІМЕРНА КОМПОЗИЦІЯ ТРИБОТЕХНІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ UA 85861 U UA 85861 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі одержання композицій на основі модифікованих епоксидних смол і комплексу неорганічних та органічних наповнювачів методом лиття під тиском, які можуть знайти застосування в машинобудуванні як триботехнічні матеріали (підшипники ковзання, покриття) без використання мастильних речовин. Для формування підшипників ковзання на органічній основі (зв'язуюче, матриця) використовують формальдегідні, епоксидні, кремнійорганічні смоли та композиції на їх основі. Для наповнення композицій найбільш широко застосовують матеріали на основі графіту та дисперсні металеві, органічні і неорганічні добавки. Відомий полімеркомпозиційний матеріал антифрикційного призначення, що містить, %: епоксидне зв'язуюче - 20-40 (епоксидна смола ЕД-16-100 мас. ч., модифікатор ДЕГ-1-15 мас. ч., отверджувач ізо-МТГФА - 50 мас. ч., прискорювач TEA-6 мас. ч.), силіційований графіт - 50-70, терморозширений графіт - 3-7, поліетилен - 3-7 (див. пат. України № 30537А С08К 3/00, F16C 33/00, 2000 p.). Недоліком даної композиції є низька зносостійкість, яка пов'язана з недостатньою адгезійною міцністю на границі фаз, великим вмістом графіту, а також високими залишковими напруженнями в композиції через високий ступінь наповнення системи, що не дозволяє використовувати її в динамічно-навантажених вузлах тертя. За технічною суттю найбільш близьким до композиції, яка заявляється, є антифрикційний полімеркомпозиційний матеріал наступного складу, мас. ч.: епоксидна смола - 100; поліетиленполіамін - 10-12; вуглеволокно - 1-3; титан - 3-10; фторопласт - 12-20; лускатий графіт - 6-10 (див. пат. України № 49436А С08К 3/00, F16C 33/00, 2002 p.). Відома композиція має наступні недоліки: а) низька зносостійкість, яка пов'язана з недостатньою адгезійною міцністю на границі фаз через неефективне змочування часток наповнювачів полімерною матрицею; б) низькі тепло- та термотривкість, що не дозволяє використовувати матеріал при підвищених швидкостях ковзання; в) недостатня реологічність композиції в цілому, що зумовлено технологією отримання і ступенем наповнення системи. Задачею, на яку спрямована корисна модель, що заявляється, є підвищення фізикомеханічних та триботехнічних характеристик технологічного устаткування, яке працює в умовах інтенсивного навантаження тертям ковзання шляхом зміни складу полімерної композиції. Поставлена задача вирішується таким чином. Полімерна композиція триботехнічного призначення на основі епоксидно-діанової смоли ЕД20, отверджувача у формі поліетиленполіаміну та різнофункціональних наповнювачів, згідно з корисною моделлю, що заявляється, як додатковий наповнювач вона містить оксид міді та високодисперсну бронзу, при такому співвідношенні інгредієнтів, мас. ч.: епоксидно-діанова смола ЕД-20-100; поліетиленполіамін - 10-14; вуглецеве волокно - 1-3; оксид міді - 80-120; бронза високодисперсна - 6-12. Застосування методики багатофакторного планування експерименту та статистичної обробки експериментальних даних дозволили встановити, що найвищі міцність та зносостійкість притаманні полімерній композиції в даному діапазоні концентраційного співвідношення. Як базовий компонент для полімерної матриці використано низькомолекулярний епоксиднодіановий олігомер ЕД-20 з високими фізико-механічними властивостями. Для зшивання епоксидного зв'язуючого використовували низькотемпературний отверджувач поліетиленполіамін (ПЕПА). Вміст отверджувача у матриці визначали на основі оптимального поєднання високих фізико-механічних властивостей з технологічністю виготовлення композиції. Введення отверджувача понад 14 мас. ч. на 100 мас. ч. ЕД-20 призводить до зниження руйнівного напруження та модуля пружності при згинанні. Введення отверджувача до 10 мас. ч. на 100 мас. ч. ЕД-20 призводить до неповного структурування полімерної системи, що суттєво знижує міцнісні та експлуатаційні характеристики епоксидних композицій. Досягнуте поліпшення властивостей полімерної композиції за рахунок введення в матрицю крім різнофункціональних наповнювачів додатковий наповнювач дозволяє збільшити зносостійкість та термін експлуатації одержаних матеріалів на їх основі. Композицію формують за такою технологією: підготовка і дозування компонентів; введення в епоксидний олігомер отверджувача (кількісний вміст компонентів якого обирають), згідно з формулою корисної моделі, яка заявляється, перемішування композиції для досягнення однорідної консистенції; вакуумування композиції протягом 40-60 хв.; термічна обробка; контроль якості сформованої композиції. На етапі перемішування здійснюється додаткова комплексна ультразвукова та ультрафіолетова обробка системи. Технологія отримання 1 UA 85861 U 5 10 15 20 композицій реалізується методом формування тиском у відповідності із в'язкістю та сферою застосування матеріалу. Полімеризація здійснюється за ступінчастим температурним режимом: 0,5-1,5 год. при 333К + 0,5-1,5 год. при 393К + 1,0-2,0 год. при 473К з наступним охолодженням на спокійному повітрі. Це дозволяє зменшити внутрішні напруження при появі первинних вузлів зшивання, надалі прискорити структуроутворюючий процес і максимально підвищити ступінь зшивання системи на завершальному етапі. Полімерна композиція триботехнічного призначення, що заявляється, може бути використана в машинобудуванні як матеріал з високими міцнісними характеристиками та зносостійкістю. Такий матеріал отримують в повному діапазоні співвідношень компонентів, що надані у таблиці. В таблиці наведені також приклади конкретного виконання композицій. Для визначення фізико-механічних та експлуатаційних властивостей матеріалу використовують стандартні методики. Виходячи з порівняльних результатів (прототип - патент України № 4943 6 А), наведених в таблиці, видно, що розроблений матеріал характеризується наступними техніко-економічними перевагами над прототипом: 1. В 9-12 раз вища зносостійкість внаслідок оптимізації співвідношення наповнювачів, а також інтенсифікації режиму термічної обробки в технологічному процесі виготовлення полімерної композиції. 2. Можливість експлуатації з розробленого матеріалу трибовиробів при жорсткіших навантажувально-швидкісних режимах роботи (Р = 1,6 МПа; v ≤ 3,0 м/с). Таблиця № п/п 1 2 1 2 3 4 5 6 1 2 Компоненти Епоксидна смола ЕД-20 Отверджувач поліетиленполіамін Вуглецеве волокно, мас. ч. Оксид міді Бронза високодисперсна Титан, мас. ч. Фторопласт, мас. ч. Лускатий графіт, мас. ч. Границя міцності при стисканні, МПа Інтенсивність зношування, 10-3 г/км Композиція згідно з Контрольні приклади корисною моделлю Прикл. Прикл. Прикл. 1 2 3 4 5 1 2 3 Полімерне зв'язуюче, мас. ч. 100 100 100 100 100 100 100 100 10 1 80 12 12 12 10 10 12 6 Патент України № 49436А 100 100 100 100 12 13 14 10 12 12 Наповнювачі 2 1,5 0,5 1 2 2 100 120 70 80 90 100 9 6 14 12 10 8 Характеристики композиційного матеріалу: 2 110 6 3,5 130 4 1 3 12 6 2 5 14 8 1,2 4,5 18 6 79,2 82,2 78,5 74,8 79,1 82,1 83,5 84,0 76,1 70,8 71,9 71,2 1,98 1,67 2,32 2,81 2,65 2,42 2,03 2,33 4,48 4,32 3,84 5,63 Умови тертя: v=2,4 м/с; Р = 1,2 МПа; матеріал контртіла - сталь 45; шлях тертя без мастила 3000 м. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Полімерна композиція триботехнічного призначення на основі епоксидно-діанової смоли ЕД-20, отверджувача у формі поліетиленполіаміну та різнофункціональних наповнювачів (вуглецеве волокно), яка відрізняється тим, що як додатковий наповнювач вона містить оксид міді та високодисперсну бронзу при наступному співвідношенні компонентів, мас. ч.: епоксидно-діанова смола ЕД-20 100 поліетиленполіамін 10-14 вуглецеве волокно 1-3 оксид міді 80-120 бронза високодисперсна 6-12. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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