PL226277B1 - Sposób otrzymywania materiału polimerowego do wytwarzania elementów par ślizgowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania materiału polimerowego wykorzystywanego do wytwarzania elementów par ślizgowych, w budowie prowadnic ślizgowych oraz panewek łożyskowych o niskim współczynniku tarcia i niskim zużyciem podczas pracy pary ślizgowej.

Dla prawidłowej pracy elementów ślizgających się po sobie istotną rolę odgrywa dobór materiałów współpracujących ze sobą w trakcie ślizgania się. Najczęściej jeden z elementów pary ślizgowej wykonuje się z modyfikowanej stali, natomiast materiał drugiego elementu dobierany jest tak, aby przy współpracy charakteryzował się właściwościami przeciwtarciowymi (o jak najmniejszym współczynniku tarcia oraz jak najmniejszym zużyciu w wyniku pracy). W maszynach występują najczęściej dwa typy węzłów ślizgowych - o ruchu obrotowym oraz o ruchu posuwistym, gdzie jeden z elementów wykonuje ruch posuwisty, posuwisto zwrotny względem drugiego - prowadnice ślizgowe. Konstrukcyjne węzły ślizgowe, w których następuje podparcie wirujących elementów, wykonuje się jako ułożyskowanie toczne lub ślizgowe. Panwie łożysk ślizgowych przenoszących znaczne obciążenia wykonywane są ze specjalnych stopów łożyskowych o jak najmniejszym współczynniku tarcia i wysokiej wytrzymałości. Wymagają one jednak dobrego i ciągłego smarowania w celu zmniejszenia zużycia i podniesienia trwałości i niezawodności. Natomiast w wielu maszynach rolniczych, maszynach przemysłu spożywczego, robotyce, w urządzeniach gospodarstwa domowego i w przemyśle włókienniczym, tam gdzie obciążenia ślizgowych węzłów łożyskowych są znacznie mniejsze, elementy prowadnic oraz łożysk ślizgowych wykonuje się bardzo często z tworzyw sztucznych, takich jak politetrafluoroetylen (PTFE), fluorowany etylenopropylen (FEP), poliamidy (PA), polietyleny (PE). Głównymi czynnikami wyznaczającymi możliwości i zakres zastosowania polimerów do budowy elementów ślizgowych współpracujących z elementami stalowymi są naciski wywierane na łożysko, wynikające z prędkości obrotowej i prędkości liniowej oraz współczynnik tarcia, co przekłada się na wydzielanie ciepła w wyniku pracy tarcia. Ich niska przewodność cieplna wpływa na ograniczenie zastosowania do budowy złożeń ślizgowych (szczególnie niesmarowanych) z uwagi na kumulacje ciepła w strefie tarcia, a tym samym na przyspieszone zużycie. Ten ujemny wpływ można zmniejszyć w pewnym zakresie poprzez ich modyfikację. Najczęściej stosowanymi modyfikatorami są: grafit, dwusiarczek molibdenu, włókno węglowe, włókno stalowe. Umożliwiają one polepszenie ich właściwości tribologicznych oraz wytrzymałościowych. Nie wpływają one jednakże znacząco na zwiększenie przewodności cieplnej tworzywa, co powoduje, że wykonane nawet z modyfikowanych materiałów elementy prowadnic i łożysk ślizgowych nie mogą pracować na sucho (szybkie przegrzanie) i wymagają częstego smarowania.

W celu wyeliminowania lub co najmniej zmniejszenia powyższych mankamentów opracowano sposób otrzymywania zmodyfikowanego materiału polimerowego przeznaczonego do wytwarzania elementów ślizgowych.

Sposób otrzymywania materiału polimerowego do wytwarzania elementów par według wynalazku ślizgowych charakteryzuje się tym, że materiał wykonany z polietylenu PE 300 HD, zanurza się w kąpieli olejowej, w zmodyfikowanym siarką oleju roślinnym i przez czas od 8 do 20 godzin poddaje nasycaniu tym olejem w temperaturze od 90°C do 115°C, aż do uzyskania równomiernego nasycenia w ilości od 1,5% do 8% masy początkowej materiału. Czas nasycania olejem zależy od grubości materiału i temperatury kąpieli. Im grubszy materiał i większy stopień nasycenia uzyskany to czas nasycania powinien być dłuższy, a temperatura oleju wyższa. Stosuje się olej rzepakowy zmodyfikowany siarką w zakresie od 0,1 do 5%. Korzystnie przed kąpielą olejową materiał przemywa się w benzynie ekstrakcyjnej, suszy się i poddaje wygrzewaniu przez 1 godzinę w temperaturze 95°C.

W rozwiązaniu można stosować wszystkie oleje roślinne takie jak olej rzepakowy, winogronowy, słonecznikowy, oliwkowy, ryżowy, arachidowy i kukurydziany. Dla oleju rzepakowego stosuje się temperaturę 90°C do 115°C i uzyskuje się nasycenie 2-8%, dla oleju winogronowego stosuje się temperaturę 95°C do 115°C uzyskuje się nasycenie 1,5-3%; dla oleju słonecznikowego stosuje się temperaturę 95°C do 115°C i uzyskuje nasycenie 2-3%. Dla oleju oliwkowego stosuje się temperaturę 90°C do 115°C i uzyskuje nasycenie 3,5-4,5%, dla oleju ryżowego stosuje się temperaturę 90°C do 115°C i uzyskuje nasycenie 3-4,5%, dla oleju arachidowego stosuje się temperaturę 90°C do 115°C i uzyskuje nasycenie 5-6,5%, dla oleju kukurydzianego stosuje się temperaturę 95°C do 115°C i uzyskuje nasycenie 4-5%.

Sposób według wynalazku pozwala uzyskać materiał o współczynniku tarcia o 10-30% mniejszym od polietylenu nienasyconego dla oleju zmodyfikowanym siarką w zakresie 0,5% średni współczynnik tarcia był niższy o około 15% a dla oleju zmodyfikowanym siarką w stopniu 2% odpowiednio 21%.

PL 226 277 B1

Zgromadzony we wnętrzu materiału olej jest sukcesywnie wykorzystywany podczas pracy węzła ślizgowego do jego smarowania obniżając w znaczący sposób wartość współczynnika tarcia oraz temperaturę pracy. Materiał może być z powodzeniem stosowany w elementach samo smarowych, nisko lub nawet średnioobciążonych węzłów ślizgowych.

Sposób według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania.

P r z y k ł a d 1

Wykonany metodą wtryskową materiał w postaci płyt o grubości 2 mm przemyto w benzynie ekstrakcyjnej i po wysuszeniu umieszczono w szklanym pojemniku a następnie w suszarce poddając wygrzewaniu przez okres 1 h w temperaturze 95°C. Następnie zalano je gorącym zmodyfikowanym siarką olejem rzepakowym (0,5% siarki w stosunku masowym do oleju) o temperaturze 85°C i umieszczono w suszarce, ustawiając jej temperaturę do osiągnięcia 90°C przez ogrzewany olej. Zanurzone w oleju płyty przetrzymywano w suszarce w temperaturze 90°C przez 8 godzin, po czym suszarkę wyłączono, pojemnik z zalanymi olejem płytami wystawiono z suszarki i po uzyskaniu temperatury otoczenia wyjęto materiał z oleju, odstawiono do jego obcieknięcia i dokładnie wytarto czyściwem lekko nasączonym benzyną ekstrakcyjną i dokonano pomiarów masy, na podstawie których określono jej przyrost o 2% w stosunku do masy początkowej. Sprawdzono również wymiary liniowe płyt i po uzyskaniu założonych wyników, skierowano do miejsca magazynowania z przeznaczeniem do wykorzystania elementów ślizgowych, np. środków transportu o niewielkim, a nawet średnim obciążeniu. Otrzymano materiał o współczynniku tarcia o około 14% mniejszym od polietylenu nienasyconego.

P r z y k ł a d 2

Wykonany metodą wtryskową materiał w postaci płyt o grubości 2 mm przemyto w benzynie ekstrakcyjnej i po wysuszeniu umieszczono w szklanym pojemniku a następnie w suszarce poddając wygrzewaniu przez okres 1 h w temperaturze 95°C.

Następnie zalano je gorącym zmodyfikowanym siarką olejem rzepakowym (0,5% siarki w stosunku masowym do oleju) o temperaturze około 110°C i umieszczono w suszarce, ustawiając jej temperaturę do osiągnięcia 115°C przez ogrzewany olej. Zanurzone w oleju płyty przetrzymywano w suszarce w temperaturze 115°C przez 20 godzin, po czym suszarkę wyłączono, pojemnik z zalanymi olejem płytami wystawiono z suszarki i po uzyskaniu temperatury otoczenia wyjęto materiał z oleju, odstawiono do jego obcieknięcia i dokładnie wytarto czyściwem lekko nasączonym benzyna ekstrakcyjną i dokonano pomiarów masy, na podstawie których określono jej przyrost o 6,5% w stosunku do masy początkowej. Sprawdzono również wymiary liniowe płyt i po uzyskaniu założonych wyników, skierowano do miejsca magazynowania z przeznaczeniem do wykorzystania elementów ślizgowych, np. środków transportu o niewielkim, a nawet średnim obciążeniu. Otrzymano materiał o współczynniku tarcia o około 20% mniejszym od polietylenu nienasyconego.

P r z y k ł a d 3

Wykonany metodą wtryskową materiał w postaci płyt o grubości 2 mm przemyto w benzynie ekstrakcyjnej i po wysuszeniu umieszczono w szklanym pojemniku a następnie w suszarce poddając wygrzewaniu przez okres 1 h w temperaturze 95°C. Następnie zalano je gorącym zmodyfikowanym siarką olejem rzepakowym (2% siarki w stosunku masowym do oleju) o temperaturze około 85°C i umieszczono w suszarce, ustawiając jej temperaturę do osiągnięcia 90°C przez ogrzewany olej. Zanurzone w oleju płyty przetrzymywano w suszarce w temperaturze 90°C przez 10 godzin, po czym suszarkę wyłączono, pojemnik z zalanymi olejem płytami wystawiono z suszarki i po uzyskaniu temperatury otoczenia wyjęto materiał z oleju, odstawiono do jego obcieknięcia i dokładnie wytarto czyściwem lekko nasączonym benzyną ekstrakcyjną i dokonano pomiarów masy, na podstawie których określono jej przyrost o 5% w stosunku do masy początkowej. Sprawdzono również wymiary liniowe płyt i po uzyskaniu założonych wyników, skierowano do miejsca magazynowania z przeznaczeniem do wykorzystania elementów ślizgowych, np. środków transportu o niewielkim, a nawet średnim obciążeniu. Otrzymano materiał o współczynniku tarcia o około 24% mniejszym od polietylenu nienasyconego.

P r z y k ł a d 4

Wykonany metodą wtryskową materiał w postaci płyt o grubości 2 mm przemyto w benzynie ekstrakcyjnej i po wysuszeniu umieszczono w szklanym pojemniku a następnie w suszarce poddając wygrzewaniu przez okres 1 h w temperaturze 95°C.

Następnie zalano je gorącym zmodyfikowanym siarką olejem rzepakowym (2% siarki w stosunku masowym do oleju) o temperaturze około 110°C i umieszczono w suszarce, ustawiając jej temperaturę do osiągnięcia 115°C przez ogrzewany olej. Zanurzone w oleju płyty przetrzymywano

PL 226 277 B1 w suszarce w temperaturze 115°C przez 20 godzin, po czym suszarkę wyłączono, pojemnik z zalanymi olejem płytami wystawiono z suszarki i po uzyskaniu temperatury otoczenia wyjęto materiał z oleju, odstawiono do jego obcieknięcia i dokładnie wytarto czyściwem lekko nasączonym benzyna ekstrakcyjną i dokonano pomiarów masy, na podstawie których określono jej przyrost o 8% w stosunku do masy początkowej. Sprawdzono również wymiary liniowe płyt i po uzyskaniu założonych wyników, skierowano do miejsca magazynowania z przeznaczeniem do wykorzystania elementów ślizgowych, np. środków transportu o niewielkim, a nawet średnim obciążeniu. Otrzymano materiał o współczynniku tarcia o około 30% mniejszym od polietylenu nienasyconego.

P r z y k ł a d 5

Sposób jak dla przykładu 1 z tym że użyto oleju winogronowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 95°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 1,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 10% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 6

Sposób jak dla przykładu 2 z tym że użyto oleju winogronowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 2,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 12% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 7

Sposób jak dla przykładu 3 z tym że użyto oleju winogronowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 95°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 2% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 14% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 8

Sposób jak dla przykładu 4 z tym że użyto oleju winogronowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 3% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 16% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 9

Sposób jak dla przykładu 1 z tym że użyto oleju słonecznikowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 95°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 2% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 11% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 10

Sposób jak dla przykładu 2 z tym że użyto oleju słonecznikowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 2,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 13% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 11

Sposób jak dla przykładu 3 z tym że użyto oleju słonecznikowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 95°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 2% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 16% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 12

Sposób jak dla przykładu 4 z tym że użyto oleju słonecznikowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 3% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 17% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 13

Sposób jak dla przykładu 1 z tym że użyto oleju oliwkowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 90°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 3,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 14% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 14

Sposób jak dla przykładu 2 z tym że użyto oleju oliwkowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 4% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 15% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 15

Sposób jak dla przykładu 3 z tym że użyto oleju oliwkowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 90°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 3,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 17% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 16

Sposób jak dla przykładu 4 z tym że użyto oleju oliwkowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 4,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 21% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

PL 226 277 B1

P r z y k ł a d 17

Sposób jak dla przykładu 1 z tym że użyto oleju ryżowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 90°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 3% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 12% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 18

Sposób jak dla przykładu 2 z tym że użyto oleju ryżowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 4% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 16% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 19

Sposób jak dla przykładu 3 z tym że użyto oleju ryżowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 90°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 3,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 17% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 20

Sposób jak dla przykładu 4 z tym że użyto oleju ryżowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 4,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 21% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 21

Sposób jak dla przykładu 1 z tym że użyto oleju arachidowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 90°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 17% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 22

Sposób jak dla przykładu 2 z tym że użyto oleju arachidowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 6% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 18% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 23

Sposób jak dla przykładu 3 z tym że użyto oleju arachidowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 90°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 5,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 24% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 24

Sposób jak dla przykładu 4 z tym że użyto oleju arachidowego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 6,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 27% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 25

Sposób jak dla przykładu 1 z tym że użyto oleju kukurydzianego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 95°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 4% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 15% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 26

Sposób jak dla przykładu 2 z tym że użyto oleju kukurydzianego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 18% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 27

Sposób jak dla przykładu 3 z tym że użyto oleju kukurydzianego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 95°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 4,5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 22% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

P r z y k ł a d 28

Sposób jak dla przykładu 4 z tym że użyto oleju kukurydzianego do modyfikacji siarką a temperatura nasączania wynosiła 115°C. Uzyskano stopień nasączenia wynoszący 5% i zmniejszenie współczynnika tarcia o około 24% w stosunku do materiału niemodyfikowanego.

Claims (4)

1. Sposób otrzymywania materiału polimerowego do wytwarzania elementów par ślizgowych, znamienny tym, że materiał wykonany z polietylenu PE 300 HD, zanurza się w kąpieli olejowej, w zmodyfikowanym siarką oleju roślinnym i przez czas od 8 do 20 godzin poddaje

PL 226 277 B1 nasycaniu tym olejem w temperaturze od 90°C do 115°C, aż do uzyskania równomiernego nasycenia w ilości od 1,5% do 8% masy początkowej materiału.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się olej rzepakowy, winogronowy, słonecznikowy, oliwkowy, ryżowy, arachidowy i kukurydziany.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się olej roślinny zmodyfikowany siarką w zakresie od 0,1 do 5%.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed kąpielą olejową materiał przemywa się w benzynie ekstrakcyjnej, suszy się i poddaje wygrzewaniu przez 1 godzinę w temperaturze 95°C.