Полімерний композиційний матеріал

Реферат: Винахід стосується полімерного композиційного матеріалу, що використовується як конструкційний матеріал для виготовлення підшипників ковзання, ущільнювальних кілець, втулок та інших виробів, що містить як зв'язуюче резольну ФФС, модифіковану N-заміщеним полі-ε-капролактамом, як наповнювач - базальтові волокна довжиною 12-60 мм, та додатково містить дисульфід молібдену у відповідних співвідношеннях. UA 103286 C2 (12) UA 103286 C2 UA 103286 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Пропонований винахід стосується полімерних композиційних матеріалів (ПКМ), зокрема ПКМ на основі модифікованого фенолоформальдегідного зв'язуючого (ФФЗ), які можуть бути використані як конструкційний матеріал для виготовлення підшипників ковзання, ущільнювальних кілець, втулок та інших виробів, здатних працювати у важконавантажених вузлах в умовах сухого тертя, при підвищених температурах і вологих та інших агресивних середовищах. Відомий ПКМ [Pat. US2010/0001225 USA, МПК Е04В 1/74, С09К 3/00. Phenolic resin, method of preparation, sizing composition for mineral fibres, and resulting products / Vincent Gignoux, Serge Tetart, Olivier Pons Υ Moll - № 2010/0001225; appl. 11.10.07; publ. 07.01.10], що включає модифікований амінами ФФЗ та волокнистий наповнювач мінерального походження. До недоліків відомого винаходу відносяться складність та багатостадійність виготовлення зв'язуючого, дуже малий строк його зберігання, а також складність технології виготовлення композитів. Також відомий ПКМ [Pat. US6,342,303 USA, МПК В32В 9/04. Ероху-functional polysiloxane modified phenolic resin compositions and composites / Pablo G. Dopico, Shahid P. Qureshi, Ellen V. Nagy - № 6,342,303; appl. 23.02.2000; publ. 29.01.02], що включає модифіковану полісилоксаном, який має епоксидні групи, фенолоформальдегідну смолу (ФФС) та волокнистий наповнювач, що являє собою скляні, вуглецеві та арамідні волокна. До недоліків даного винаходу треба віднести складність процесу отримання зв'язуючого та достатньо високу вартість за рахунок використання дорогих складових його частин. Найбільш близьким по технічній суті та результату, що досягається, до винаходу є 7 композиційний матеріал [Пат. 99778 Україна, МПК C08L 61/10, F16C 33/12. Антифрикційний полімерний композиційний матеріал / Ліпко О.О. та ін. - № 99778; заявл. 28.02.11; опубл. 25.09.12 Бюл. № 18] (прототип), що включає модифіковану фенілтриетоксисиланом водорозчинну ФФС, волокнистий комбінований наповнювач, який являє собою суміш рубаних мінеральних базальтових і хімічних поліамідних волокон, графіт і нітрит бору при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: водорозчинна ФФС модифікована фенілтриетоксисиланом 20,0-40,0 рубані базальтові волокна 68,0-33,0 рубані аліфатичні поліамідні волокна 10,0-20,0 графіт 1,0-6,0 нітрит бору 1,0-6,0. До недоліків прототипу варто віднести низькі фізико-механічні характеристики ПКМ (ударна 2 в'язкість 170 кДж/м , межа міцності при статичному вигині 153 МПа, теплостійкість по Мартенсу до 250 °C). Задачею пропонованого винаходу є створення конструкційного ПКМ з високими фізикомеханічними, теплофізичними та триботехнічними властивостями на основі модифікованої Nзаміщеним полі-ε-капролактамом резольної фенолоформальдегідної смоли і базальтового волокнистого наповнювача. Поставлена задача досягається тим, що відомий ПКМ, що включає зв'язуюче на основі модифікованої резольної ФФС та рубане базальтове волокно, відповідно до винаходу він як зв'язуюче містить резольну ФФС, модифіковану N-заміщеним полі-ε-капролактамом, та додатково - дисульфід молібдену, при цьому довжина базальтових волокон складає 12-60 мм, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: резольна ФФС 10-20 N-заміщений полі-ε4-12,5 капролактам базальтові волокна 68-77 дисульфід молібдену 3-7. Для одержання композиційного матеріалу були використані: Ровинг базальтовий рубаний ТУ У В.2.7-26.8-34323267-002:2009, марка РБР-18Т9. Фенолоформальдегідна смола марки ЛБС-1 ГОСТ 901-78. N-заміщений полі-ε-капролактам отримували за методикою, наведеною в [Pat. USA № 2.430.923. N-alkoxymethyl polyamide and method for obtaining same / Henry D. Forter, Arthur W. Larchar; assignors to E.I. du Pont de Nemours & Company. № 503,130; Filling date: Sep 20, 1943; Issue date: Nov 18, 1947], за якої збільшується його розчинність в спирті та ЛБС-1. Дисульфід молібдену ТУ 48-19-133-90, марки ДМИ-7. 1 UA 103286 C2 5 10 15 20 Модифікацію ФФС N-заміщеним полі-ε-капролактамом проводять додаванням перед приготуванням зв'язуючого для композиції до необхідної кількості смоли у кількості 20-50 мас. % по сухому залишку спиртового розчину поліаміду від маси сухого залишку ФФЗ з подальшим ретельним перемішуванням. Запропонований склад ПКМ дозволяє значно підвищити фізико-механічні властивості, знизити водопоглинання, а також покращити триботехнічні характеристики за рахунок застосування модифікованого N-заміщеним полі-ε-капролактамом ФФЗ та введення антифрикційної добавки - дисульфіду молібдену. ПКМ одержують наступним способом: Базальтові нитки необхідної довжини просочують розчином зв'язуючого, що являє собою суміш спирторозчинної смоли ЛБС-1 та спиртового розчину N-заміщеного полі-ε-капролактаму, до якого додають необхідну кількість дисульфіду молібдену. Отриманий прес-матеріал висушують до вмісту летких ~3 мас. %. Висушений прес-матеріал пресують при температурі 170±5 °C і питомому тиску 25 МПа. Приводимо приклади конкретного виготовлення пропонованого винаходу: Приклад 1 ПКМ включає 20 мас. % модифікованої N-заміщеним полі-ε-капролактамом ФФС, що містить 30 мас. % N-заміщеного полі-ε-капролактаму від маси сухого зв'язуючого, і хаотично в ньому розташований базальтовий волокнистий наповнювач з довжиною нарізки волокон 12-15 мм та 7 мас. % дисульфіду молібдену. Приклади 2-3. ПКМ включає зв'язуюче і хаотично розташований у ньому волокнистий наповнювач та антифрикційну добавку відповідно до складів ПКМ, наведених в таблиці 1. Таблиця 1 Склад пропонованого ПКМ № зразка 1 2 3 прототип 25 30 35 40 45 Вміст зв'язуючого, мас. % 20 25 20 20-40 Склад наповнювача, мас. % Вміст N-заміщеного полі-εволокнистий довжина капролактам у складі наповнювач, нарізки зв'язуючого, мас. % мас. % волокна, мм 30 73 12-15 20 70 25-35 50 77 50-60 53-78 10-50 дисульфід молібдену 7 5 3 _ Експериментальні дослідження пропонованого ПКМ як конструкційного матеріалу з підвищеними фізико-механічними властивостями, високими теплостійкістю і водостійкістю та достатніми антифрикційними властивостями показали, що при вмісті в ПКМ модифікованої ФФС менше 20 мас. % і більше 25 мас. %, базальтового волокнистого наповнювача менше 68 мас. % і більше 77 мас. %, при довжині нарізки волокон менше 12 мм і більше 60 мм, а також при вмісті дисульфіду молібдену менше 3 мас. % і більше 7 мас. % не вдається досягти поставленої задачі. За результатом проведених досліджень рекомендується застосування наповнювача з довжиною нарізки 12-15 мм для невеликих деталей зі складною конфігурацією, а з довжиною 25-35 мм і 50-60 мм для виробів, які мають просту геометричну форму і працюють в дуже складних умовах навантаження. Дослідження фізико-механічних властивостей і водопоглинання ПКМ проводили згідно ГОСТів для пластмас: ударна в'язкість по Шарпі - ГОСТ 4647-80, межа міцності при статичному вигині - ГОСТ 4648-71, межа міцності при стисненні - ГОСТ 4651-82, водопоглинання - ГОСТ 4650-80. Дослідження з визначенням коефіцієнта тертя проводились на машині тертя 2070 СМТ-1 при швидкості ковзання 0,3 м/с та питомому тиску 2,5 МПа, що відповідає умовам роботи у важконавантажених вузлах тертя. Представлені в таблиці 2 дані показують, що запропонований ПКМ має в порівнянні з матеріалом прототипу в залежності від складу підвищені ударну в'язкість у 3,2 разу, межу міцності при статичному вигині у 3,1 разу, межу міцності при стисненні у 1,3 разу, теплостійкість по Мартенсу на 50 °C. Такі властивості досягаються завдяки застосуванню модифікованої N-заміщеним полі-εкапролактамом резольної ФФС та додатковому введенню дисульфіду молібдену. 2 UA 103286 C2 Таблиця 2 Властивості пропонованого ПКМ Ударна в'язкість, 2 кДж/м № зразка 1 2 3 прототип 5 10 15 146 249 538 140-170 Межа міцності, МПа, при Теплостійкість Мартенсу, °C статичному стисненні вигині 383 165 >300 466 171 >300 462 130 >300 128-153 112-130 230-250 по Водопоглинання, Коефіцієнт % тертя 0,25 0,3 0,18 0,35-0,40 0,22 0,23 0,16 0,18-0,23 За результатами випробувань експериментальної партії деталей з розроблених композитів в умовах працюючого обладнання металургійного підприємства отримано перевищення зносостійкості розробленого матеріалу у порівнянні з базовим текстолітовим у 7 разів. Отримано рекомендації до впровадження пропонованого ПКМ замість базових деталей, оскільки вони мають значно більшу зносостійкість, нижчу собівартість, тому що виготовляються з вітчизняної сировини. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Полімерний композиційний матеріал, що містить зв'язуюче на основі модифікованої резольної фенолоформальдегідної смоли (ФФС) та рубане базальтове волокно, який відрізняється тим, що як зв'язуюче він містить резольну ФФС, модифіковану N-заміщеним полі-ε-капролактамом, та додатково дисульфід молібдену, при цьому довжина базальтових волокон складає 12-60 мм, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: резольна ФФС 10-20 N-заміщений полі-ε-капролактам 4-12,5 базальтові волокна 68-77 дисульфід молібдену 3-7. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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 3