Антифрикційний матеріал на основі фторвмісного термостійкого ароматичного поліаміду

Реферат: Даний винахід належить до хімічної галузі. Заявлено покриття на основі теплостійкої матриці фторованого ароматичного поліаміду, епоксидного олігомеру ЕД-20, антиоксидантів фенозану, N-феніл--нафтіламіну, суміші порошків вуглецевого нановолокна та поліетилену низького тиску як антифрикційного наповнювача. Тех. результат: зменшення коефіцієнта сухого тертя твердих змащувальних покриттів при високих навантаженнях (μ=0,07 при Ρ=20 МПа, v=0,86 м/с). UA 115734 C2 (12) UA 115734 C2 UA 115734 C2 5 10 15 20 25 30 35 Даний винахід належить до галузі антифрикційних композитів сухого тертя, які можуть застосовуватися у авіа-, судно-, компресоро-, насособудуванні, робототехніці та інших галузях промисловості. 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, 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. Даний винахід належить до композиції на основі термостійкого фторованого ароматичного поліаміду, епоксидного олігомеру, антиоксидантів та системи „вуглецеве нановолокно + поліетилен" як антифрикційний наповнювач. Вибір такої системи наповнювачів обумовлений наступним. На цей час інтенсивно розроблюються й досліджуються композиції на основі полімерної матриці та нанонаповнювачів, розмір структурних елементів яких перебуває в межах 1-100 нм. Цей інтервал обумовлений тим, що зниження розмірів наночастинок менше ніж 100 нм приводить до істотної зміни фізикомеханічних властивостей матеріалів. Серед нанонаповнювачів найбільш широко застосовується нановолокно, нанотрубки та ін. [1]. Вуглецеві нановолокна (ВНВ) одномірні наномасштабні утворення діаметром від 20 до 40 нм і довжиною близько 1 мкм. На відміну від графіту і вуглецевих нанотрубок [2] ВНВ мають більш високу щільність і твердість, що забезпечує можливість збереження вихідної форми наночастинок після їхнього розподілу в полімерній матриці. В [3] описаний спосіб одержання антифрикційних покриттів на металевих поверхнях. Застосування вуглецевого нановолокна (ВНВ) дозволило знизити коефіцієнт динамічного тертя μд ~в 2 рази, у порівнянні з еталоном. Слід зазначити високу температуру термообробки одержуваних покриттів (350-400 °C). В [4] наведено склад антифрикційної композиції на основі фенольної або епоксидної матриці, де застосування ВНВ у комбінації із графітом, M0S2 і BN сприяло одержанню коефіцієнта тертя μ=0,17. Композити ВНВ із фторованими ароматичними поліамідами в літературі не описані. Як відомо, 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 (390 °C) поліамід полі-1-тетрафторетокси-2,4-феніленізофталамід, структурна формула якого наведена нижче: CO NH OC H N OCF2CF2H n 40 Шляхом взаємодії такого лінійного полімеру з епоксидним олігомером (ЕН-6 або ЕД-20) була одержана зшита матриця, теплостійкість якої була вища ~ на 100 Κ порівняно із лінійним полімером. Нижче наведена спрощена схема такої взаємодії: O R 1 NH CH2 R O 45 +2 O R 1 NH C CH R R2 R 1 NH CH2 O CH O C R2 O O C R2 . Система "поліамід-епоксидний олігомер" була застосована нами як зв'язуюча матриця при створенні ТЗП. Як прототип нами була вибрана композиція на основі фторованого ароматичного поліаміду, епоксидного олігомеру ЕД-20 і поліетилену низького тиску, коефіцієнт сухого тертя якої становить 0,114 [5]. 1 UA 115734 C2 5 10 15 Задачею даного винаходу є розширення асортименту твердих змащувальних покриттів для роботи в екстремальних умовах сухого тертя при високих навантаженнях. Поставлена задача вирішується створенням композиції на основі полімерної теплостійкої матриці та системи "ВНВ + поліетилен низького тиску" як антифрикційний наповнювач. Полімерна матриця являє собою фторований ароматичний поліамід полі-1-тетрафторетокси2,4-феніленізофталамід з добавкою 20 мас. % епоксидного олігомеру ЕД-20 відносно до поліаміду. Антифрикційний наповнювач - це суміш порошків ВНВ та поліетилену низького тиску. Поліетилен також використовується як антифрикційна добавка у твердих мастильних матеріалах [6]. Антиоксиданти: фенозан та N-феніл-β-нафтиламін. Система розчинників - ацетон: диметилформамід (ДМФА) = 7:3 (об.). У практичному відношенні запропонована композиція може знайти застосування у підшипниках сухого тертя в авіації (механізм керування крилами), насособудуванні (заглибні насоси), а також як внутрішнє покриття пневмоциліндрів робототехнічних пристроїв. Нижче наведено склад композиції: Компоненти композиції Ароматичний поліамід ЕД-20 Вуглецеве нановолокно Поліетилен низького тиску Фенозан N-феніл--нафтиламін Розчинник: ацетон:ДМФА 7:3 (об.) 20 Маса, г 0,8 0,16 0,13 0,40 0,04 0,04 3,35 Мас. % 16,26 3,25 2.64 8.13 0,81 0,81 68,09. Ця суспензія наноситься на кільцеву поверхню (сталь Ст. 3). Твердіння покриття відбувається при 190-200 °C протягом 2 годин. Товщина покриття становить 0,20-0,25 мм. Трибологічні дослідження проводили 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 коефіцієнта тертя розробленої композиції у порівнянні з прототипом [5]. Зразок Прототип Запропонована композиція Коефіцієнт тертя, μ 0,114 0,07 25 30 35 40 45 Таким чином, використання розробленої композиції на основі фторованого поліаміду, епоксидного олігомеру ЕД-20 та суміші порошків вуглецевого нановолокна та поліетилену низького тиску як антифрикційного наповнювача приводить до позитивного ефекту, який полягає у суттєвому зменшенні коефіцієнта сухого тертя у твердих змащувальних покриттях при високих навантаженнях. Джерела інформації: 1. Вишняков Л.Р., Петропольский В.С., Морозова В.Н. и др. Нанокомпозиты на полимерной основе //Вісник інженерної академії України. - 2013. - № 3-4. - С. 202-205. 2. Золотухин И.В., Голев И.М., Маркова А.Е. и др. Эффективная плотность и транспортне свойства компактированных углеродных нанотрубок и нановолокон //Письма в ЖТФ. - 2005. 31, Вып. 4. - С. 54-57. 3. Способ получения композиций для получения антифрикционных покрытий на металлических поверхностях. Патент RU 24557228, опубл. 10.02.2012. 4. Износостойкий антифрикционный лак для покрытия поршня двигателя. Патент RU 2534135, опубл. 27.11.2014. 5. Фторована композиція сухого тертя. Патент на корисну модель № 31215, опубл. 25.03.2008. 6. Полимерная антифрикционая композиция. Патент RU 2535216, опубл. 10.12.2014. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Тверде змащувальне покриття на основі теплостійкої матриці з фторованого ароматичного поліаміду полі-1-тетрафторетокси-2,4-феніленізофталаміду, епоксидного олігомеру ЕД-20, 2 UA 115734 C2 антиоксидантів - фенозану, N-феніл--нафтіламіну, суміші порошків вуглецевого нановолокна та поліетилену низького тиску як антифрикційного наповнювача. Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3