Антифрикційна композиція “флубон-15ппм”

Реферат: UA 116043 U UA 116043 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до антифрикційних матеріалів на основі полімерів і може бути використана в компресоробудуванні, автомобілебудуванні та загальному машинобудуванні як матеріал для ущільнюючих елементів, підшипників ковзання і інших елементів вузлів тертя. Відома [1] антифрикційна композиція флубон-15, яка містить політетрафторетилен або поліетилен низького тиску і волокнистий вуглецевий наповнювач при змінних граничних навантаженнях в вологих, сухих і агресивних середовищах, як волокнистий вуглецевий наповнювач вона містить вуглецеве волокно у складі, мас. %: Вуглець 49-90,0, водень 0,3-3,5, кисень 0,1-9,5, бор 0,08-4,8; фосфор 0,1-4,7; зола 4,5-25,3, при наступному співвідношенні компонентів, в мас. %: політетрафторетилен або 55-95, поліетилен низького тиску волокнистий вуглецевий 45-5. наповнювач Відома [2] антифрикційна композиція "флубон – 15ПП" містить політетрафторетилен або поліетилен низького тиску і волокнистий вуглецевий наповнювач при змінних граничних навантаженнях, сухих і агресивних середовищах, як волокнистий вуглецевий наповнювач вона містить вуглецеве волокно у складі, мас. %: вуглець 49-90,0; водень 0,3-3,5; кисень 0,1-9,5; бор 0,08-4,8; фосфор 0,1-4,7, зола 4,5-25 з нанесенням на його поверхню покриття з поліетилену низького тиску або фторопласту 4МП товщиною 30-40 мкм при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: політетрафторетилен або 55-95, поліетилен низького тиску волокнистий вуглецевий 45-5. наповнювач Ці композиції мають такі недоліки: при навантаженні в вузлі більше 10 МПа різко зменшується зносостійкість і спостерігається пластичне деформування матеріалу, недостатньо висока міцність граничних шарів між політетрафторетиленом і вуглецевим волокном, що не дозволяє наповнювачу в повній мірі реалізувати свої армуючі характеристики. Для збільшення адгезійної взаємодії на границі розділу "матриця-наповнювач" запропоновано на поверхню вуглецевого волокна шляхом електростатичного напилення нанести спеціальне фторопластове покриття [3]. В порошковій композиції покриття оптимізовано процентним складом модифікуючих добавок. Також для забезпечення високого рівня експлуатаційних властивостей покриття разом із зміною складу і співвідношенням між компонентами розроблені оптимальні технологічні параметри: гранулометричний склад, температура оплавлення, час термообробки. Розмір частинок порошкової композиції в значній мірі впливає на процес отримання композицій і їх якість. Дослідження показали, що в складі порошкової композиції оптимальний розмір частинок складає 40-80 мкм [4]. Підвищення адгезійних властивостей покриття до вуглецевого волокна досягається за рахунок введення до його складу графіту С-1 [5] і ламінарної сполуки графіту, що інтеркальована РеСІ_3 [6]. Чим більша температура оплавлення тим кращі адгезійні характеристики і якість покриття. Суттєвою перевагою даного покриття є те, що немодифікований порошковий фторопласт 4МБ починає розкладатись при 360 °C, а запропонована композиція може бути нагріта до 370 °C протягом однієї години, і при цьому суттєвої деструкції не відбувається. Термостійкість покриття зростає за рахунок введення до складу оптимальних кількостей оксиду хрому (1,0-1,5 м.ч.) і дифенілсиландіолу (0,05-0,5 м.ч.). Приклад виконання: Вуглецева тканина перед нанесенням покриття промивається і висушується. 100 г фторопласту 4МБ, 0,4 г нітриду бору, 75 г графіту С-1,3 г ламінарної сполуки графіту, яка інтеркальована РеСІ3, 1,25 г оксиду хрому і 0,25 дифенілсилендїолу перемішували в млинку МРП-1 протягом 6 хвилин. Після цього виконували фракціонування порошку з метою отримання фракції 40-80 мкм композиції. Перед нанесенням композицію піддавали термообробці протягом 1 UA 116043 U 5 10 15 20 однієї години при 150 °C. Нанесення покриття на поверхню вуглецевої тканини здійснювали способом електростатичного розпилення порошку першого шару при напруженості електричного поля 50 кВ, а для наступних шарів при напруженості 60-70 кВ. Після цього вуглецеву тканину з нанесеним покриттям поміщали в нагрівальну піч для оплавлення, де витримували при температурі 360-370 °C протягом двох годин. Після цього вуглецеву тканину охолоджували до кімнатної температури з швидкістю 30-40 °C за годину [3]. 2 Отримане покриття має робочу товщину 60-70 мкм; адгезійну міцність 300 Н/м , термостійкість (втрата маси складає 0,1 мг) при 360 °C. Композицію отримують таким чином: порошок політетрафторетилену замішують в лопатевому змішувачі при температурі нижче 10 °C на протязі 10 хвилин з подрібненим до 5500 мкм вуглецевим волокном складу, мас, %: вуглець 49,5-90,0 водень 0,1-3,5, кисень 0,1-9,5, бор 0,08-4,8, фосфор 0,1-4,7, зола 4,5-25,5 з нанесеним електростатичним напиленням спеціальним фторопластовим покриттям [3]. Отриману композицію додатково подрібнюють в дисмембраторі з продуктивністю 10 кг/год., 520000 об/хв. Після цього композицію переробляють в вироби методом порошкової металургії. Вуглецеве волокно отримують за такою технологією: гідратцелюлозну тканину обезжирюють 5-10 % водним розчином тринатрійфосфату, промивають 30 хв в гарячій воді при температурі 70-90 °C і після цього обробляють 1-15 % розчином суміші каталізаторів карбонізації тетраборнокислого натру і діамонійфосфату, взятих в співвідношенні від 3:7 до 7: 3. Після сушіння при температурі 100-120 °C вихідний матеріал термообробляють при 450 °C в трубчатій печі опору типу Таммана в середовищі СН4 (кількість сушінь і просякнень дорівнює 1-5). Після цього температуру підвищують до 600-1880 °C з швидкістю 10-50 град/хв., виконуючи на кінцевих ступенях температур 600, 850, 1200, 1350, 1500, 1650, 1800 статичну термообробку. При необхідності після ступеня нагріву виконують відмивання водою, 2-10 % розчином сірчаної кислоти або їдкого натру. Склад отриманого волокна представлено в табл. 1. 25 Таблиця 1 Позначення отриманого волокна Елементний склад волокна, мас% 1 1* 1** 11 A Вуглець 59,5 59,5 59,5 94,0 60,0 Водень 3,0 3,0 3,0 0,2 2,5 Кисень 8,5 8,5 8.5 0,1 8,5 Бор 3,8 3.8 3,8 0,1 3,5 Фосфор 3,7 3.7 3,7 0,1 3,5 Зола 21,5 21,5 21,5 5,5 21,0 1 * - вуглецеве волокно складу 1 з нанесеним покриттям фторопласту 4МП [2]. 1** - вуглецеве волокно складу 1 з нанесеним спеціальним фторопластовим покриттям [3]. Приклади конкретного виконання і інтенсивності зносу отриманого матеріалу приведені в табл. 2. Таблиця 2 Концентрац. волокна в композиції, мас% 0 2 25 30 35 40 45 50 Інтенсивність зносу антифрикційного матеріалу -7 3 на основі ПТФЕ, що містить вуглецеве волокно складу (х 10 мм /Нм) 1 1* 1 ** А 11 11330 11330 11330 11330 11330 2,9 1,5 1,0 3,9 5,2 2,4 1,3 0,65 2,5 5,3 2,9 1,0 0,5 1,6 10,2 6,5 5,3 2,65 10,5 22,7 10,4 7,0 3,5 16 33,2 39,5 18,0 9,4 21,5 75,6 2 UA 116043 U Приклади конкретного виконання і механічні характеристики отриманого матеріалу приведені в табл. 3, 4. Таблиця 3 Концентрац. вуглецевого волокна в композиції, мас% 0 5 15 20 25 45 Міцність антифрикційного матеріалу на основі ПТФЕ, що містить вуглецеве волокно, МПа при Розтягу Стискуванні 1 1* 1** А 11 14-35 15 16-24 17-26 16-24 18-22 14-35 21 27 30-35 28-33 26-30 14-35 26 33 37-43 35-41 31-37 14-35 15.5 16 18-25 17-23 16-22 14-35 14,5 15 16-20 14-18 15-21 1 1* 12 12 13 20 14 28 15-30 35-45 14-28 і 33-38 13-24 30-36 1** А 11 12 25 35 43-53 41-46 37-43 12 13,2 14 15-16 14-27 13-25 12 13,0 15-24 13-22 13-20 5 Таблиця 4 Концентрац. вуглецевого волокна в композиції, мас% 0 5 15 20 25 45 10 15 1 410 485 650 7501200 7401100 850 Модуль пружності антифрикційного матеріалу на основі ПТФЕ, що містить вуглецеве волокно, МПа при Розтягу Стискуванні 1* 1** А 11 1 1* 1** А 11 410 410 410 410 700 700 700 700 700 520 540 515 512 710 715 720 712 710 900 1080 660 620 750 780 810 750 740 130015007509001100700-900 650-850 700-800 700-750 1500 1650 1100 1200 1350 125013507208501000680-850 700-830 700-780 700-730 1300 1400 1000 1150 1200 1100 1250 840 800 750 800 830 740 730 Знос матеріалів визначали при змінному граничному питомому навантаженні, нормальному навантаженні 100 Н, швидкості ковзання 0,3 м/с, температура 323 К по сталі 30 × 14 (твердість НВ=4,2 ГПа, вихідна шорсткість Рао=0,22±0,02 мкм) на ділянці шляху тертя 2-18 км (граничні питомі навантаження) після припрацювання (2 км), зразок діаметром 10 мм з кінцевою сферою діаметром 12,7 мм. Механічні характеристики: міцність і модуль пружності при розтягу визначали згідно з ГОСТ 1126280/3/, міцність і модуль пружності при стискуванні згідно з ГОСТ 4681-82/41, а міцність і модуль пружності при згинанні з ГОСТ 4648-71/5. В табл. 5 і 6 приведені склади композицій і порівняльні дані по зносостійкості і механічних характеристиках матеріалів на основі композиції на винахід і прототипу. Таблиця 5 Приклад 1* Прототип 2* S2=2-18 км Політетрафт Питоме Питоме Інтенсивність оретилен, Наповнювач, мас % навантаження на 7 3 навантаженн зносу (х10 мм мас% початку тертя, я в кінці /Н.м) МПа тертя, МПа 80 20 вугл.вол. 10,0 1,5 9,2 20 вуглец. волокно 80 10.5 0,75 9,0 за винаходом 3 UA 116043 U Таблиця 6 Приклад Політетрафт оретилен, мас% 1*Прототип 2* 5 10 15 20 80 80 Наповнювач, мас % Міцність МПа, при розтягу 20 вугл.вол. 20 вуглец. волокно за винаходом 30-35 37-43 Модуль пружності, МПа, при стискуванн розтягу і 135-45 1300-1500 43-53 1500-1650 стискуванні 900-1200 1100-1350 Розроблені антифрикційні матеріали " Флубон - 15ГІПМ " пройшли успішну виробничу апробацію на Хмельницькому заводі ТЕМП, ДП "Оболонь" "Красилівське" Хмельницької обл., Сумський науково-технічний центр м. Суми, НВП "КРІОН" м. Дніпропетровськ. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СРСР № 1244933 2. Деклараційний патент № 63818 СІ ОМ 107/18, 107/28, Антифрикційна композиція Флубон ПП, Заявник Хмельницький національний університет, заяв. 16.07.2003; опубл. 15.01.2004. Бюл. № 1. 3. Деклараційний патент на винахід № 72451 Україна, МПК С09 D127/18, МПК С09Р5/03, Антиадгезійне зносостійке покриття, заявник Хмельницький національний університет, заявл. 01.12.2011, опубл. 27.08.2012. Бюл. № 16. 4. Охлопкова А.А. Модификация полимеров ультрадисперсными соединениями. /А.А.Охлопкова, О.А. Андрианова, СП. Попов. - Якутск: Я.СОРАН.-2003.-247с. 5. Защитные покрытия из порошков фторполимеров./ [Мулин Ю.А., Колисниченко В.В.Ермакова Л.П. й др.]. Л.: ЛДНТП., 1985.-24 с. -(Серия - Пластмассы й их применение в промышленности). 6. Использование ламинарий, их соединений графита с хлористым железом в качестве наполнителя полимерных систем. /В.В. Коршак, М.З. Волькин, И.А. Грибова й др. //Пластические массы.-1973.-№ 1 - с. 20-23. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Антифрикційна композиція, яка містить політетрафторетилен і волокнистий вуглецевий наповнювач, при змінних граничних навантаженнях в вологих, сухих і агресивних середовищах як волокнистий вуглецевий наповнювач вона містить вуглецеве волокно елементного складу, яка відрізняється тим, що композиція містить вуглецеве волокно у складі, мас. %: вуглець 49-90,0 водень 0,1-3,5 кисень 0,1-9,5 бор 0,08-4,8 фосфор 0,1-4,7 зола 4,5-25,3 з нанесенням на його поверхню покриття складу, мас. ч.: фторопласт 4МБ 100,0 нітрид бору 0,3-0,5 графіт С 1-5-10,0 ламінарна сполука графіту, яка 1-5 інтеркальована РеСl3 оксид хрому 1-1,5 дифенілсиландіол 0,05-0,5 товщиною 70-80 мкм, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: політетрафторетилен 55-95 волокнистий вуглецевий 45-5. наповнювач 4 UA 116043 U Комп’ютерна верстка В. 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 5