Антифрикційна композиція “флубон-15пп”

Реферат: Антифрикційна композиція, містить політетрафторетилен або поліетилен низького тиску і волокнистий вуглецевий наповнювач. Композиція містить вуглецеве волокно, з нанесенням на його поверхню покриття з поліетилену низького тиску або фторопласту-4МП товщиною 30-40 мкм. UA 116018 U (12) UA 116018 U UA 116018 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до антифракційних матеріалів на основі полімерів і може бути використаний в компресобудуванні, тракторо і автомобілебудуванні та загальному машинобудуванні в якості матеріалу для ущільнюючих кілець, підшипників ковзання і інших елементів вузлів тертя. Найбiльш близьким до корисної моделі є антифрикційна композиція по А.С. 1244933 /1/, яка містить політетрафторетилен або поліетилен низького тиску і волокнистий вуглецевий наповнювач при змінних граничних навантаженнях в вологих, сухих і агресивних середовищах в якості волокнистого вуглецевого наповнювача вона містить вуглецеве волокно елементного складу. Антифракційна композиція Флубон - 15 має суттєвий недолік: при навантаженнях в вузлі тертя більше 10 МПа різко зменшується зносостійкість і спостерігається пластичне деформування матеріалу. В основу корисної моделі поставлено задачу покращення механічних характеристик і підвищення зносостійкості антифракційного матеріалу для цього запропоновано для збільшення адгезії вуглецевих волокон з політетрафторетиленом або поліетиленом НД застосовувати нанесення електростатичним напиленням покриття відповідного полімерного матеріалу на вуглецеве волокно з наступним введенням його до складу композиційного матеріалу. При цьому в композиційному матеріалі адгезія полімеру до полімерного покриття нанесеного на вуглецеве волокно буде значно вище, ніж полімеру до вуглецевого волокна без покриття. Нанесення на вуглецеві волокна полімерного покриття, а особливо з політетрафтоетиленого підвищує їх зносостійкість в десятки разів [2]. Одночасно при цьому збільшується міцність, модуль пружності, термостійкість і хімостійкість волокна. Нанесення на вуглецеві волокнисті матеріали політетрафторетиленового покриття приводить до підвищення втомної міцності в десятки тис. разів. Поставлена задача вирішується тим, що антифрикційна композиція "Флубон - 15ПП" 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 згідно з запропонованим рішенням 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 з поліетилену низького тиску або второпласту 4МП товщиною 30-40 мкм при наступному співвідношенні компонентів, мас%: політетрафторетилен або 55-95 поліетилен низького тиску волокнистий вуглецевий 45-5. наповнювач Композицію одержують наступним чином: Порошок полімеру замішують в лопатевому змішувачі при температурі нижче 10 °C протягом 10 хвилин з подрібненим до 5-500 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 покриттям поліетилену низького тиску або фторопласта 4МП (ТУП-311-71).Полімерні покриття на поверхню вуглецевого волокна наносять електростатичним розпилювачем при таких оптимальних діапазонах напруженості електростатичного поля: для поліетилена низького тиску 35-55 в/м, а для фторопласта 4МП 40-60 в/м. Формування покриттів на поверхні вуглецевого волокна здійснюють при нанесенні поліетилену НД або второпласту 4МП відповідно протягом 10 хв. При температурі 425К або протягом 60 хвилин при температурі 643К. Товщина полімерного покриття 30-40 мкм. Отриману композицію додатково подрібнюють в дисмембраторі з продуктивністю 10 кг/год., 5-20000 об./хв. Після цього композицію переробляють в вироби методом порошкової металургії. 1 UA 116018 U 5 10 Технологія отримання вуглецевого волокна реалізується таким чином: 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 тетраборкислого натру і діамонію фосфату, взятих в співвідношенні від 3:7 до 7:3. Після сушіння при 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 сірчаною кислотою або їдким натром. Склад отриманого волокна представлено в табл. 1. Таблица 1 Елементний склад волокна, мас. % Вуглець Водень Кисень Бор Фосфор Зола І 59,5 3,0 8,5 3,8 3,7 21,5 Позначення отриманого волокна І* II 59,5 94,0 3,0 0,2 8,5 0,1 3,8 0,1 3,7 0,1 21,5 5,5 А 60,0 2,5 8,5 3,5, 3,5 21 І - вуглецеве волокно складу І з нанесенням на його поверхню покриттям товщиною 30-40 мкм. І* - з поліетилену низького тиску або фторопласту 4МП. Приклади конкретного виконання і інтенсивність зносу отриманого матеріалу приведені в табл. 2. 15 Таблиця 2 Полімер Концентрація вуглецевого волокна в полімері, мас. % 0 20 25 30 35 40 45 50 57 20 25 Поліетилен низького тиску Політетрафторетилен Інтенсивність зносу матеріалу, що містить вуглецеве волокно -7 3 складу (х10 ), мм /нм І І* А II І І* А II 7250 7250 7250 7250 11330 11330 11330 11330 7 5,5 7,8 20,5 2,9 1,5 3,9 5,2 2,4 1,3 2,5 5,3 2,9 1,0 1,6 10,2 5,9 4,2 5,5 21,3 6,8 3,5 5,3 20,5 6,5 5,3 10,5 22,7 10,2 3,2 5,0 18,5 10,4 7,0 16,0 33,2 39,5 18,0 21,5 75,6 38,7 3,0 4,8 8,0 Приклади конкретного виконання і механічні характеристики отриманого матеріалу приведені в табл. 3. Знос матеріалів визначали при змінному граничному питомому навантаженні, нормальному навантажені, швидкості ковзання 0,3 м/с, температура 323K по сталі 30×13 (твердість НВ4,2ГПа, вихідна шорсткість Rao=: 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 4651-82/4/, а міцність і модуль пружності при згинанні згідно з ГОСТ 4648-71/5/. В табл. 4 і 5 приведені склади композицій і порівняльні дані по зносостійкості і механічних характеристик матеріалів на основі композиції на винахід і прототипу. 2 UA 116018 U Таблиця 4 S2=2-18 км Питоме Наповнювач, Приклад Полімер, мас. % навантаження мас. % на початку тертя, МПа 20 % * Прототип 80 % 1 вуглецевого 11,0 політетрафторетилен волокна 20 % 80 % * 2 вуглецевого 10,0 політетрафторетилен волокна Інтенсивність Питоме -7 зносу (х10 ) навантаження в 3 мм /н.м. кінці тертя, МПа 3,9 9,7 1.5 9,2 Таблиця 5 Приклад Полімер, мас. % * Прототип 80 % політетрафторетилен * 80 % політетрафторетилен 1 2 5 Наповнювач, мас. % 20 % вуглицевого волокна 20 % вуглицевого волокна Міцність МПа, при розтягу стисканні Модуль пружності МПа, при розтягу стисканні 17-26 15-30 750-1200 650-850 3-35 35-45 1300-1500 900-1200 В табл. 6 приведені дані по інтенсивності зносу матеріалів(антифрикційного складу на основі політетрафторетилену і 20 % вуглецевого волокна) на основі композиції на винахід і базових матеріалів як матеріали ущільнень компресорів без мащення в умовах промислового виробництва. 3 UA 116018 U Таблиця 3 Поліме Поліетилен низького р тиску Концентрація Міцність, МПа, при вуглецевого волокна в розтягу згині полімері, мас. % * * І І А II І І А II 0 5 15 20 Політетрафторетилен Модуль пружності МПа, при згині * розтягу І 65 22 22 22 20 20 20 2220- 0- - - - 30 35 75 30 30 30 35 35 35 0 65 23 25 22 21 22 21 2321- 5- - - - 31 36 75 32 34 31 36 37 36 2 66 24 26 24- 23 22 23 22 210- - 33, - - - - 36, 76 33 35 5 32 37 38 36 6 0 67 24 30 23 23 28 22 2421- 0- - - - 34 37 77 34 42 33 38 48 37 0 І 65 075 0 66 076 0 67 077 0 70 079 0 А 65 075 0 65 575 5 66 576 0 67 077 0 ІІ 65 075 0 65 575 5 65 076 0 66 576 5 66 22 28 20 22 26 21 2220- 0- - - - 31 33 76 32 34 30 35 38 34 0 68 078 0 66 076 0 стискуванні * А ІІ І І А II розтягу І * І А стискуванні II І * І А II 14 14 14- 1441 41 41 70 70 70 70 - 12 12 12 12 410 35 35 0 0 0 0 0 0 0 35 35 15 21 15, 14, 13, 13, 48 51 51 71 71 71 71 13 20 520 5 5 2 0 5 5 2 0 5 2 0 16 65 66 62 75 78 75 74 - 27 16 15 14 28 14 14 900 0 0 0 0 0 0 0 24 75 130 17 30 15 35 18- 1615- 15- 0- 0- - 35 20 26 24 12 150 26 35 30 45 00 0 74 16 28 14 33 125 17- 1414- 13- 0- - 023 18 27 22 11 24 33 28 38 300 00 75 011 00 72 010 00 70 090 0 68 085 0 65 085 0 70 083 0 90 012 00 85 011 50 70 080 0 70 076 0 70 075 0 70 073 0 18 26 13 30 26- 1513- 13- 85 110 84 80 75 80 74 73 - - 22 21 25 20 0 0 0 0 0 0 0 0 22 30 24 36 45 57 * І І Модуль пружності МПа при 66 076 0 25 35 Міцність, МПа при 65 22 24 22 21 24 21 2221- 0- - - - 30 34 73 30 32 31 36 36 35 0 66 076 0 65 073 0 64 072 0 4 UA 116018 U Таблиця 6 Ущіль- РобоТриваМарка нення че лість Антифрикційн комп- порш- сереексплуий склад ресоpa невої довиатації, групи ще годин Тиск газу МПа 300 -"-"-"-"-"2008 7 -"-"-"-"-"2,8 20 -"-"-"-"-"6,9 Максимальний перепад тиску 18,4 -"-"-"-"-" 1900 15,0 32 26 108 4,2 0,2 15,0 32 26 108 4,2 не роботоздатний 490 815 7 -" 22 -" 14,4 -" 105 -" 2,0 -" 1,88 0,12 442 -" -" -" -" -" 2,53 683 07 1,6 145 3,0 0,72 900 -" -" -" 0,18 400 1,2 5,8 5,8 250 2,0 Повний ресурс 1290 -" -" -" -" -" 0,15 Всасу- Нагнівання тання За винаходом * ПорВолог Ф4К20 2РК** АФГМ шень е 1.5/220 IV повітр АМС-5*** БС ступені я 4ТВ **** 20 2ШЛК1420 3ГП5/220 3С2СГ П-6/30 2РВ3/220 5 Шток Волог Ф4К20 IV а За винаходом ступені азотн оПорводне шень -ва Ф4К20 IV суміш ступені ПорФ4К20 шень Сухий За винаходом IV азот АФГМ ступені ПорФ4К20 шень Сухий III гелій За винаходом ступені ПорВоло- Ф4К20 шень гий III аргон За винаходом ступені Середня Темпе- Швиінтенсиратура дкість вність нагніта- ковзносу ння зання мкм/рік n 120 -"-"-"-"-"7,0 1,5 -"-"-"-"-"4,2 0,1 1,3 2,5 1,11 1,33 0,35 0,35 Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СССР № 1244933 2. Графитированая ткань /В.Г. Морозов. П.М., п.м. Черненко, А.Т. Каверов, Г.А. Сирено В кн.. Применение синтетических материалов. Кишенев: Картя молдовеняскэ, 1975, с. 55-60. 3. ГОСТ 1126280 Пластмассы. Методы испытания на растяжение. 4. ГОСТ 4651-82 Пластмассы. Методы испытания на растяжение. 5. ГОСТ 4648-71 Пластмассы. Методы испытания на статический изгиб. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Антифрикційна композиція, яка містить політетрафторетилен і 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 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, 5 UA 116018 U 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 Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 6