Композиція твердого змащувального покриття з бінарним антифрикційним наповнювачем

Реферат: Тверде змащувальне покриття на основі фторованого ароматичного поліаміду (полі-1тетрафторетокси-2,4-феніленізофталаміду), епоксидного олігомеру ЕД-20, антиоксидантів (фенозан, N-феніл--нафтиламін) та бінарної системи "BN+фторопласт 4А" як антифрикційного наповнювача для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях. UA 113956 U (12) UA 113956 U UA 113956 U 5 10 15 20 25 30 Актуальною проблемою сучасної промисловості є боротьба із зносом деталей машин та механізмів. Це обумовлює необхідність проведення інтенсивних досліджень і пошуку нових компонентів змащувальних матеріалів, добавок, які покращують їх експлуатаційні властивості. Однак, деякі екстремальні умови експлуатації виключають можливість використання у трибоспряженнях газоподібних, рідких або пластичних змащувальних матеріалів. Тому останнім часом значне розповсюдження здобуло створення твердих змащувальних покриттів (ТЗП) композитів на основі термостійких полімерних матеріалів і твердих порошкоподібних високодисперсних наповнювачів. Дана корисна модель відноситься до композиції на основі фторованого ароматичного поліаміду, епоксидного олігомеру, антиоксидантів та бінарної системи: гексагональний нітрид бора (αBN) + фторопласт 4А в якості антифрикційного наповнювача. Вибір такої системи наповнювачів обумовлений тим, що гексагональний нітрид бора (αBN) має кристалічну структуру подібну до структури графіту, високу температуру плавлення (3000 °C), тому він застосовується як високотемпературне тверде мастило [1, 2]. Прекрасні антифрикційні властивості фторопласта обумовлюють його застосування в якості підшипників без мастила [3]. Але ненаповнений фторопласт має низьку твердість, повзучість, та недостатню зносостійкість. Описано застосування нітриду бора у композиціях з поліпропіленом [4], поліформальдегідом [5], поліімідом [6]. Значення коефіцієнту тертя в цих композиціях становить 0,12-0,20. З літератури відомо, що ароматичні поліаміди, зокрема, "фенілон" (полі-мфеніленізофталамід) мають доволі високий коефіцієнт сухого тертя 0,4-0,5 [7]. Це призводить до саморозігріву пар тертя, що визиває їх інтенсивний знос. Тому до складу композицій додають антифрикційні наповнювачі. Наприклад, додавання до фенілону BN від 10 до 50 мас. % призводить до незначного зниження коефіцієнту тертя до 0,30-0,38. Як відомо [8], фторовані полімери мають високу хімічну стійкість, термостійкість, низьку поверхневу енергію. Останнє має велике значення для утворення поверхонь з низьким коефіцієнтом тертя. Тому нами у запропонованій композиції був використаний фторований термостійкий поліамід - полі-1-тетрафторетокси-2,4-феніленізофталамід, розроблений раніше [9]. Нижче наведена структурна формула поліаміду: -OC H N COHN OCF2CF2H 35 n . Шляхом взаємодії такого лінійного полімера з епоксидним олігомером (ЕН-6 або ЕД-20) була одержана зшита матриця, теплостійкість якої була вища  на 100 К порівняно із лінійним полімером. Нижче наведена спрощена схема такої взаємодії: O R 1 NH CH2 CH O C +2 R O 40 45 O R 1 NH C R R2 O R2 O R 1 NH CH2 CH O C R2 . Система "поліамід - епоксидний олігомер" була застосована нами в якості зв'язуючої матриці при створенні ТЗП. Крім зв'язуючої матриці до складу композиції входять наступні компоненти: антифрикційні наповнювачі (фторопласт 4А, гексагональний BN), антиоксиданти (фенозан і N-феніл-β-нафтиламін), система розчинників - ацетон: диметилформамід (ДМФА) 7:3 (об.) Як прототип нами була вибрана композиція на основі нефторованого ароматичного поліаміду фенілон і BN [7]. 1 UA 113956 U 5 10 Задачею даної корисної моделі являється одержання твердого змащувального покриття для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях. Поставлена задача досягається створенням композиції на основі полімерної теплостійкої матриці та бінарної системи нітрид бора + фторопласт 4А як антифрикційного наповнювача. Полімерна матриця уявляє собою фторований ароматичний поліамід - полі-1-тетрафторетокси2,4-феніленізофталамід з добавкою 20 мас. % епоксидного олігомеру ЕД-20. Антифрикційний наповнювач - це суміш порошків BN та фторопласта 4А. У практичному відношенні запропонована композиція може знайти застосування у підшипниках сухого тертя в авіації (механізм керування крилами), а також як внутрішнє покриття пневмоциліндрів робототехнічних пристроїв. Нижче наведено склад композиції. Компонент Ароматичний поліамід ЕД-20 BN Фторопласт 4А Фенозан N-феніл-β-нафтиламін Розчинник: ацетон:ДМФА 7:3 (об.) 15 Маса, г 0,8 0,16 0,4 0,19 0,04 0,04 3,35 Мас. % 16,06 3,21 8,03 3,82 0,80 0,80 67,30 Ця суспензія наноситься на кільцеву поверхню (сталь Ст. 3). Твердіння покриття відбувається при 180-190 °C протягом 2 годин. Товщина покриття становить 0,15-0,25 мм. Трибологічні дослідження проводять за схемою "кільце - кільце" на трибометрі Триботест при навантаженні 20 МПа та швидкості ковзання 0,86 м/с в умовах сухого тертя. В таблиці наведені значення коефіцієнту тертя розробленої композиції у порівнянні з ароматичним поліамідом "Фенілон" з добавкою BN (10-50 мас. %). 20 Зразок Фенілон Фенілон + BN Запропонована композиція 25 30 35 40 Коефіцієнт тертя (μ) 0,4-0,5 0,30-0,38 0,07-0,08 Таким чином, використання розробленої композиції на основі фторованого поліаміду, епоксидного олігомеру ЕД-20 та бінарної системи "BN + фторопласт 4А" як антифрикційного наповнювача призводить до позитивного ефекту, який полягає у зменшенні коефіцієнту сухого тертя майже у 4,3-4,7 рази у твердих змащувальних покриттях при високих навантаженнях. Перелік посилань 1. Самсонов Г.В. Неметаллические нитриды. - М.: Металлургия, 1969.-265 с. 2. Курдюмов А.В., Зелявский В.Б., Островская Н.Ф. и др. Особенности реальной структуры графитоподобного BN и его превращения в вюрцитную модификацию при ударном сжатии // Порошковая металлургия.-1994. - № 9-10. - С. 62-66 3. Паншин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская Ц.С. Фторопласты. Л.: Химия, 1978.-232с. 4. Полимерная композиция. Патент RU 2230759, опубл. 20.06.2004. 5. Полимерная антифрикционая композиция. Патент SU 1670911, опубл. 10.01.1996 6. Щербакова Т.С., Макушкин А.П., Шебеко М.П. и др. Оптимизация состава антифрикционных материалов на основе полиимидов // Пластические массы.-1976. - № 6. - С. 40-42. 7. Соколов Л.Б., Герасимов В.Д., Савинов В.М. и др. Термостойкие ароматические полиамиды. - М.: Химия, 1975.-256 с. 8. Уолл Л. Фторполимеры. - М: Мир, 1975.-448 с. 9. Маличенко Б.Ф., Цыпина О.Н. Полиамиды на основе фторалкоксифенилендиаминов и ароматических дикарбоновых кислот // Высокомол. соединения. Сер. Б.-1979.-21, № 5. - С. 361364. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Тверде змащувальне покриття на основі фторованого ароматичного поліаміду (полі-1тетрафторетокси-2,4-феніленізофталаміду), епоксидного олігомеру ЕД-20, антиоксидантів 2 UA 113956 U (фенозан, N-феніл--нафтиламін) та бінарної системи "BN+фторопласт 4А" як антифрикційного наповнювача для роботи в умовах сухого тертя при високих навантаженнях. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3