RU2090578C1 - Polymer friction composition (variants) - Google Patents

Polymer friction composition (variants) Download PDF

Info

Publication number
RU2090578C1
RU2090578C1 RU93034917A RU93034917A RU2090578C1 RU 2090578 C1 RU2090578 C1 RU 2090578C1 RU 93034917 A RU93034917 A RU 93034917A RU 93034917 A RU93034917 A RU 93034917A RU 2090578 C1 RU2090578 C1 RU 2090578C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
modified
composition
friction
wollastonite
alumina
Prior art date
Application number
RU93034917A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93034917A (en
Inventor
А.О. Михеев
И.С. Сучкова
А.С. Андреев
С.Д. Вогман
Н.И. Бакан
Е.И. Цыпина
И.Г. Первак
В.П. Сергеев
Original Assignee
Институт проблем машиноведения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем машиноведения РАН filed Critical Институт проблем машиноведения РАН
Priority to RU93034917A priority Critical patent/RU2090578C1/en
Publication of RU93034917A publication Critical patent/RU93034917A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2090578C1 publication Critical patent/RU2090578C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: production of asbestos-free friction materials for coatings of braking units which operate in heavily loaded friction devices. SUBSTANCE: polymer friction composition comprises, mas.%: resol phenol-formaldehyde resin, 13-15; butadiene acrylonitrile rubber, 3-5; aramide fiber, 2.5-3.0; basalt fiber which surface is modified by 3-4 mass % of polyorganohydride siloxane, 8-10; wollastonite which surface is modified by 2-10 mass % of carbon modifier, 10-12; alumina, 4-8; graphite, 1-2; copper powder, 10-15; bronze chips, 10-15; barite, up to 100. According to the second variant similar to the first one wollastonite which surface is modified by 3-4 mass % of polyorganohydride siloxane is proposed for using. Composition is prepared by mixing at 90 C within 15-18 min, the process is carried out in rubber mixer. After sustaining within 1-7 days thus prepared material is ground and formed initially in cold mold and then in hot mold at 190 C and at 30-40 MPa. Article is affected by heat treatment at 200 C, the process is carried out within 2-3 h in furnace. EFFECT: improved physical and mechanical characteristics, increased wear resistance. 3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области получения безасбестовых фрикционных материалов для накладок тормозов, работающих в тяжелонагруженных узлах трения (автомобильная техника и подъемно-транспортные машины). The invention relates to the field of producing asbestos-free friction materials for brake linings operating in heavily loaded friction units (automotive equipment and hoisting machines).

Известна фрикционная композиция на основе фенолформальдегидной смолы и волокна [1] следующего состава, мас. ч. Known friction composition based on phenol-formaldehyde resin and fiber [1] of the following composition, wt. h

Фенолформальдегидная смола 20-35
Асбест 30-45
Барит 1-18
Волластонит 15-33
Олеиновая кислота 1-2
К недостаткам материала следует отнести использование в качестве волокнистого наполнителя асбеста, который в настоящее время запрещен к использованию во многих странах по экологическим соображениям из-за канцерогенных свойств асбестовой пыли.
Phenol formaldehyde resin 20-35
Asbestos 30-45
Barite 1-18
Wollastonite 15-33
Oleic acid 1-2
The disadvantages of the material include the use of asbestos as a fibrous filler, which is currently banned in many countries for environmental reasons due to the carcinogenic properties of asbestos dust.

Известна фрикционная композиция [2] на основе комбинации волокон и фенолформальдегидной смолы следующего состава, мас. Known friction composition [2] based on a combination of fibers and phenol-formaldehyde resin of the following composition, wt.

Волокно 20-33
Металлические частицы или окислы 4-22
Органические модификаторы (порошок орехов кешью) 0-7
Неорганический модификатор 7-24
Углеродные или графитовые частицы 18-34
Фенольная смола 8-14
К недостаткам данного материала можно отнести использование в составе волокнистого наполнителя стекловолокна, которое малотехнологично и приводит к потере фрикционных свойств в случае попадания масла в зону трения, а также применение органического модификатора (порошка орехов кешью), значительно снижающего предельную рабочую температуру материала, что не позволяет использовать его в тяжелонагруженных узлах трения, а также приводит к снижению физико-механических показателей.
Fiber 20-33
Metal particles or oxides 4-22
Organic Modifiers (Cashew Nut Powder) 0-7
Inorganic Modifier 7-24
Carbon or graphite particles 18-34
Phenolic resin 8-14
The disadvantages of this material include the use of fiberglass in the fibrous filler, which is low-tech and leads to the loss of frictional properties in the event of oil getting into the friction zone, as well as the use of an organic modifier (cashew nut powder), which significantly reduces the maximum working temperature of the material, which does not allow use it in heavily loaded friction units, and also leads to a decrease in physical and mechanical properties.

Известна также фрикционная композиция [3] на основе комбинации волокон и фенолформальдегидной смолы следующего состава, мас. Also known is a friction composition [3] based on a combination of fibers and phenol-formaldehyde resin of the following composition, wt.

Фенолформальдегидная смола 30-60
Гексаметилентетрамин 5-22
Графит 1-5
Окись железа 1-3
Трибромбензойная кислота 0,2-4
Кремнефтористый основной алюминий 0,3-3
Смесь базальтового и стеклянного волокна 4-10/1-2
Основной недостаток этой композиции состоит в использовании слишком большого количества фенолформальдегидной смолы, что приводит к ее интенсивному выгоранию при высоких температурах (400-500oC) и снижению прочностных характеристик материала. К недостаткам данного материала можно также отнести использование стекловолокна, обладающего низкой технологичностью и потерей фрикционных свойств в случае попадания масла.
Phenol formaldehyde resin 30-60
Hexamethylenetetramine 5-22
Graphite 1-5
Iron oxide 1-3
Tribromobenzoic acid 0.2-4
Silicon fluoride basic aluminum 0.3-3
A mixture of basalt and glass fiber 4-10 / 1-2
The main disadvantage of this composition is the use of too much phenol-formaldehyde resin, which leads to its intense burnout at high temperatures (400-500 o C) and lower strength characteristics of the material. The disadvantages of this material can also include the use of fiberglass, which has low processability and loss of frictional properties in the event of oil.

Известна полимерная фрикционная композиция [4] следующего состава, мас. Known polymer friction composition [4] of the following composition, wt.

Модифицированная фенолформальдегидная смола 13-16
Бутадиеннитрильный каучук 2-4
Баритовый концентрат 10-20
Глинозем 8-15
Металлический порошок 10-19
Графит 1-5
Диаммонийфосфат 0,5-2
Волокнистый наполнитель Oстальное
При этом в состав волокнистого наполнителя обязательно входит асбест (до 50 мас. от всей композиции) и до 10 мас. базальтового волокна и минеральной ваты.
Modified Phenol-Formaldehyde Resin 13-16
Nitrile butadiene rubber 2-4
Barite concentrate 10-20
Alumina 8-15
Metal powder 10-19
Graphite 1-5
Diammonium phosphate 0.5-2
Fibrous filler
In this case, asbestos (up to 50 wt. Of the entire composition) and up to 10 wt. basalt fiber and mineral wool.

К недостаткам материала следует отнести использование в качестве волокнистого наполнителя асбеста, который в настоящее время запрещен к использованию во многих странах по экологическим соображениям из-за канцерогенных свойств асбестовой пыли. The disadvantages of the material include the use of asbestos as a fibrous filler, which is currently banned in many countries for environmental reasons due to the carcinogenic properties of asbestos dust.

Наиболее близкой по технической сущности является полимерная фрикционная композиция [5] которая включает, мас. The closest in technical essence is a polymer friction composition [5] which includes, by weight.

Фенолформальдегидная смола 10-12
Бутадиеннитрильный каучук с содержанием связанной нитрило-акриловой кислоты 27-30 2-3
Базальтовые волокна 17-25
Стеклянные волокна 3-10
Углеродные волокна 1-2
Баритовый концентрат 16-21
Глинозем 6-10
Медный порошок 5-10
Бронзовая стружка 12-20
Графит 1-3
Трехсернистая сурьма 3-7
Такая композиция обладает повышенной износостойкостью за счет использования в своем составе углеродных волокон, а также повышенной прочностью сцепления колодки с накладкой при обычной и повышенной температуре, обеспечиваемой введением трехсернистой сурьмы.
Phenol-formaldehyde resin 10-12
Nitrile butadiene rubber with a content of bound nitrile-acrylic acid 27-30 2-3
Basalt fiber 17-25
Glass fibers 3-10
Carbon fiber 1-2
Barite concentrate 16-21
Alumina 6-10
Copper powder 5-10
Bronze chips 12-20
Graphite 1-3
Three Sulfur Antimony 3-7
This composition has increased wear resistance due to the use of carbon fibers in its composition, as well as increased adhesion of the pads to the pad at normal and elevated temperatures, provided by the introduction of antimony.

Однако такие показатели физико-механических свойств, как ударная вязкость и прочность, у нее недостаточно высоки для тяжелонагруженных узлов трения из-за слабой связи отдельных волокнистых компонентов с полимерной матрицей. Так, ударная вязкость такого материала составляет величину порядка 2,5 кгс/см, предел прочности на растяжение 20 МПа, на сжатие 15 МПа, что ниже, чем даже у асбестсодержащих аналогов. Кроме того, в состав композиции входит стекловолокно, которое малотехнологично и приводит к потере фрикционных свойств в случае попадания масла в зону трения, а применение в композиции соединений сурьмы ухудшает экологическую чистоту материала. However, such indicators of physical and mechanical properties as impact strength and strength are not high enough for heavily loaded friction units due to the weak connection of individual fibrous components with the polymer matrix. So, the impact strength of such a material is about 2.5 kgf / cm2, tensile strength 20 MPa, compression 15 MPa, which is lower than even asbestos-containing analogues. In addition, the composition of the composition includes fiberglass, which is low-tech and leads to the loss of frictional properties in the event of oil getting into the friction zone, and the use of antimony compounds in the composition affects the ecological purity of the material.

Задачей предлагаемого изобретения является создание экологически чистой полимерной фрикционной композиции с улучшенными физико-механическими характеристиками и повышенной износостойкостью для работы в условиях тяжелонагруженных узлов трения. The objective of the invention is the creation of an environmentally friendly polymer friction composition with improved physicomechanical characteristics and increased wear resistance for operation under conditions of heavily loaded friction units.

Поставленная задача достигается тем, что полимерная фрикционная композиция, содержащая резольную фенолформальдегидную смолу, бутадиеннитрильный каучук, волокнистые наполнители и дисперсные наполнителя - глинозем, графит, порошок меди, бронзовую стружку и барит, в качестве волокнистых наполнителей она содержит арамидное волокно и базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 3-4 мас. полиорганогидридсилоксана, а в качестве дисперсного наполнителя она дополнительно содержит волластонит, поверхность которого модифицирована 2-10 мас. углеродного модификатора при следующем соотношении компонентов композиции, мас. This object is achieved in that the polymer friction composition containing rezol phenol-formaldehyde resin, nitrile butadiene rubber, fibrous fillers and dispersed fillers - alumina, graphite, copper powder, bronze shavings and barite, as fibrous fillers it contains aramid fiber and basalt fiber, the surface of which modified 3-4 wt. polyorganohydridesiloxane, and as a dispersed filler it additionally contains wollastonite, the surface of which is modified 2-10 wt. carbon modifier in the following ratio of components of the composition, wt.

Резольная фенолформальдегидная смола 13 15
Бутадиеннитрильный каучук 3 5
Арамидное волокно 2,5 3,0
Базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 3-4 мас. полиорганогидридсилоксана 8 10
Волластонит, поверхность которого модифицирована 2-10 мас. углеродного модификатора 10 12
Глинозем 4 8
Графит 1 2
Порошок меди 10 15
Бронзовая стружка 10 15
Барит Oстальное.
Resol phenol-formaldehyde resin 13 15
Nitrile butadiene rubber 3 5
Aramid fiber 2.5 3.0
Basalt fiber, the surface of which is modified 3-4 wt. organopolysiloxane 8 10
Wollastonite, the surface of which is modified 2-10 wt. carbon modifier 10 12
Alumina 4 8
Graphite 1 2
Copper Powder 10 15
Bronze chips 10 15
Barite Else.

Поставленная задача по второму варианту достигается тем, что полимерная фрикционная композиция, содержащая резольную фенолформальдегидную смолу, бутадиеннитрильный каучук, волокнистые наполнители и дисперсные наполнители - глинозем, графит, порошок меди, бронзовую стружку и барит, в качестве волокнистых наполнителей она содержит арамидное волокно и базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 3-4 мас. полиорганогидридсилоксана, а в качестве дисперсного наполнителя она дополнительно содержит волластонит, поверхность которого модифицирована 3-4 мас. полиорганогидридсилоксана, при следующем соотношении компонентов композиции, мас. The task according to the second embodiment is achieved in that the polymer friction composition containing rezol phenol-formaldehyde resin, nitrile butadiene rubber, fibrous fillers and dispersed fillers - alumina, graphite, copper powder, bronze shavings and barite, it contains aramid fiber and basalt as fibrous fillers whose surface is modified 3-4 wt. polyorganohydridosiloxane, and as a dispersed filler, it additionally contains wollastonite, the surface of which is modified 3-4 wt. polyorganohydridosiloxane, in the following ratio of components of the composition, wt.

Резольная фенолформальдегидная смола 13 15
Бутадиеннитрильный каучук 3 5
Арамидное волокно 2,5 3,0
Базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 3-4 мас. полиорганогидридсилоксана 8 10
Волластонит, поверхность которого модифицирована 3-4 мас. полиорганогидридсилоксана 10 12
Глинозем 4 8
Графит 1 2
Порошок меди 10 15
Бронзовая стружка 10 15
Барит Oстальное
Введение в состав композиции глинозема (окиси алюминия) в высокодисперсном состоянии позволяет повысить коэффициент трения и износостойкость материала, улучшить эффективность торможения, снизить время отверждения смоляного связующего на 30-50% При этом свойства глинозема, как абразивного материала, не проявляются вследствие высокой дисперсности частиц.
Resol phenol-formaldehyde resin 13 15
Nitrile butadiene rubber 3 5
Aramid fiber 2.5 3.0
Basalt fiber, the surface of which is modified 3-4 wt. organopolysiloxane 8 10
Wollastonite, the surface of which is modified 3-4 wt. organopolysiloxane 10 12
Alumina 4 8
Graphite 1 2
Copper Powder 10 15
Bronze chips 10 15
Barite Else
Introduction to the composition of the composition of alumina (aluminum oxide) in a finely dispersed state allows to increase the friction coefficient and wear resistance of the material, improve braking efficiency, reduce the curing time of the resin binder by 30-50 %.At the same time, the properties of alumina as an abrasive material are not manifested due to the high dispersion of particles.

Бронзовая стружка (измельченная) вводится в целях повышения теплопроводности для снижения развивающихся высоких температур в зоне контакта трущихся тел, что способствует повышению износостойкости фрикционного материала. Bronze shavings (ground) are introduced in order to increase thermal conductivity in order to reduce the developing high temperatures in the contact zone of rubbing bodies, which contributes to increase the wear resistance of the friction material.

Применение волластонита в качестве наполнителя позволяет стабилизировать фрикционно-износные свойства композиции за счет высокого коэффициента трения, присущего материалам типа пироксенов, а также повысить прочность материала за счет игольчатого строения своих частиц, аналогично упрочняющему действию волокон в композиции. The use of wollastonite as a filler makes it possible to stabilize the friction-wear properties of the composition due to the high coefficient of friction inherent in materials such as pyroxenes, as well as to increase the strength of the material due to the needle structure of its particles, similar to the strengthening effect of fibers in the composition.

Использование смеси базальтовых и арамидных волокон позволяет получить необходимые свойства композиции, такие как прочность, ударная вязкость, твердость, стабильность коэффициента трения в широком температурном диапазоне, высокая износостойкость, необходимые для нормальной работы фрикционного материала и тем самым исключить из его состава асбест. The use of a mixture of basalt and aramid fibers allows you to obtain the necessary properties of the composition, such as strength, impact strength, hardness, stability of the coefficient of friction in a wide temperature range, high wear resistance, necessary for the normal operation of the friction material and thereby eliminate asbestos from its composition.

Применение углеродного и кремнийорганического модификатора волокнистых и дисперсных наполнителей позволяет создать на их поверхности активные центры, улучшающие диспергируемость наполнителей и увеличивающие степень структурирования полимерной матрицы за счет образования химической связи между гибридной полимерной основой и поверхностью наполнителя, и тем самым дополнительно повысить физико-механические свойства композита. The use of a carbon and organosilicon modifier of fibrous and dispersed fillers allows the creation of active centers on their surface that improve the dispersibility of fillers and increase the degree of structuring of the polymer matrix due to the formation of a chemical bond between the hybrid polymer base and the filler surface, and thereby further increase the physicomechanical properties of the composite.

Бутадиеннитрильный каучук марки СКН-26М (ГОСТ 7738-79) представляет собой продукт высокотемпературной сополимеризации бутадиена и нитрила акриловой (НАК) кислоты в водной эмульсии под действием свободнорадикальных инициаторов. Содержание НАК 27-30% среднемассовая молекулярная масса 200-300 тыс. Каучук аморфен. Плотность 960-980 кг/м3. Выпускается в виде эластичных брикетов светло-коричневого цвета.Butadiene nitrile rubber of the SKN-26M brand (GOST 7738-79) is a product of high-temperature copolymerization of butadiene and acrylic nitrile (NAC) acid in an aqueous emulsion under the influence of free radical initiators. The content of NAC is 27-30%; the mass-average molecular weight is 200-300 thousand. Rubber is amorphous. The density of 960-980 kg / m 3 . Available in the form of elastic briquettes of light brown color.

Фенолформальдегидная смола марки СФ-342А (ГОСТ 18694-80) представляет собой олигомерный продукт поликонденсации фенола с формальдегидом в присутствии катализатора. Относится к классу термореактивных смол и представляет собой твердый продукт в виде кусков неправильной формы светло-желтого цвета, обладающая высокой термо- и водостойкостью, химической стойкостью, механической прочностью и диэлектрическими показателями. Phenol-formaldehyde resin brand SF-342A (GOST 18694-80) is an oligomeric product of the polycondensation of phenol with formaldehyde in the presence of a catalyst. Belongs to the class of thermosetting resins and is a solid product in the form of pieces of irregular shape of light yellow color, which has high thermal and water resistance, chemical resistance, mechanical strength and dielectric properties.

Арамидное волокно использовалось сверхвысокомодульное волокно (СВМ), ТУ 6-06-31-554-86, имеющее следующие основные характеристики:
линейная плотность, текс 0,84
разрывная нагрузка, сН/текс ≥ 30
длина резки, мм 0,110
разрывное удлинение ≥ 7
отклонение линейной плотности, ±7
влажность, не менее 5
pH 6-8
Базальтовое волокно рубленое из стеклянной базальтовой комплексной нити РБ-9, ТУ 88 УССР 023.004-01 (срок действия 01.01.96)
Диаметр элементарного волокна, мкм 9±1
Длина моноволокна, мм 0,5-10
Волластонит кристаллический минерал (цепочечный силикат), ТУ-14-1-112-71, порошок светло-серого цвета, без запаха. Представляет собой смесь оксидов металлов (Ca, Si, Ti, Fe, Mo, Al, Mn). Плотность 2,9 г/см3. Химическая формула CaSiO3. Температура плавления 1540-1598oC.
Aramid fiber was used ultra-high modulus fiber (CBM), TU 6-06-31-554-86, having the following main characteristics:
linear density, tex 0.84
breaking load, cN / tex ≥ 30
cutting length, mm 0,110
tensile elongation ≥ 7
linear density deviation, ± 7
humidity not less than 5
pH 6-8
Chopped basalt fiber made of glass basalt complex thread RB-9, TU 88 USSR 023.004-01 (valid until 01.01.96)
The diameter of the elementary fiber, μm 9 ± 1
Monofilament length, mm 0.5-10
Wollastonite is a crystalline mineral (chain silicate), TU-14-1-112-71, a powder of light gray color, odorless. It is a mixture of metal oxides (Ca, Si, Ti, Fe, Mo, Al, Mn). The density of 2.9 g / cm 3 . The chemical formula of CaSiO 3 . Melting point 1540-1598 o C.

Обладая простой кристаллической цепочечной структурой, обеспечивающей плотную упаковку структурных элементов, волластонит имеет высокую прочность и химическую устойчивость. Канцерогенные свойства отсутствуют. Possessing a simple crystalline chain structure that provides close packing of structural elements, wollastonite has high strength and chemical resistance. No carcinogenic properties.

Кристаллы имеют игольчатое строение со средним отношением длины к среднему диаметру около 15. Минерал обладает низким влагопоглощением, хорошими физическими и механическими свойствами. The crystals have a needle structure with an average ratio of length to average diameter of about 15. The mineral has low moisture absorption, good physical and mechanical properties.

Глинозем инертный наполнитель (ГОСТ 6912-80). Исходным сырьем служат бокситы, нефелины, каолины и другие алюминийсодержащие продукты. Alumina is an inert filler (GOST 6912-80). The raw materials are bauxite, nepheline, kaolin and other aluminum-containing products.

Применялись глиноземы марок Г-00 до Г-4, содержание оксида алюминия в которых не менее 30%
Графит является кристаллической модификацией углерода, имеет сильную анизотропию физических свойств.
Alumina grades G-00 to G-4 were used, the alumina content of which is at least 30%
Graphite is a crystalline modification of carbon, has a strong anisotropy of physical properties.

В производстве фрикционных изделий применялись графиты: кристаллический литейный ГЛ (ГОСТ 5279-74) и скрытокристаллический ГЛС (ГОСТ 5420-74) следующих марок ГЛ-1, ГЛ-2, ГЛС-1, ГЛС-2, ГЛС-3. In the production of friction products, graphites were used: crystalline foundry GL (GOST 5279-74) and cryptocrystalline GLS (GOST 5420-74) of the following grades GL-1, GL-2, GLS-1, GLS-2, GLS-3.

К основным свойствам относится: высокая химическая стойкость и теплостойкость, низкий коэффициент линейного расширения, малая удельная масса, пористость, развитая поверхность частиц, обеспечивающая хорошее механическое сцепление компонентов в композиции. The main properties include: high chemical resistance and heat resistance, low coefficient of linear expansion, low specific gravity, porosity, developed surface of the particles, providing good mechanical adhesion of the components in the composition.

Порошок меди марки ПМС-1 (ГОСТ 4960-73), металлический наполнитель в виде порошка красно-коричневого цвета. PMS-1 copper powder (GOST 4960-73), metal filler in the form of a red-brown powder.

Бронзовая стружка по ГОСТ 1639-78 из бронзы марки БрС-30. Обладает высокой теплопроводностью, хорошо противостоит ударным нагрузкам. Прочность на разрыв 5,8 МПа, твердость HRC 25. Bronze shavings in accordance with GOST 1639-78 from bronze grade BrS-30. It has high thermal conductivity, it is resistant to shock loads. Tensile strength 5.8 MPa, hardness HRC 25.

Барит (тяжелый шпат) природный минерал, содержащий в основном безводный сульфат бария BaSO4 (80-94%). Примесями чаще всего являются кварц (SiO2), CaCO3, доломит (CaCO3•MgCO3) и гематит (Fe2O3). Использовался баритовый концентрат по ГОСТ 4682-74 класса А, белого цвета с размером частиц 5,6-6,0 мкм следующих марок: КБ-1, КБ-2, КБ-3, КБ-5, КБ-6.Barite (heavy spar) is a natural mineral that contains mainly anhydrous barium sulfate BaSO 4 (80-94%). Most often, the impurities are quartz (SiO 2 ), CaCO 3 , dolomite (CaCO 3 • MgCO 3 ) and hematite (Fe 2 O 3 ). We used a barite concentrate according to GOST 4682-74 class A, white with a particle size of 5.6-6.0 microns of the following grades: KB-1, KB-2, KB-3, KB-5, KB-6.

Углеродный модификатор получали путем осаждения на поверхности частиц волластонита из газовой фазы в виде покрытия черного цвета при температуре 600 100oC. Для его получения использовали метан (ТУ 51841-78) и тетрахлорметан (ГОСТ 20288-74).The carbon modifier was obtained by deposition on the surface of wollastonite particles from the gas phase in the form of a black coating at a temperature of 600-100 ° C. Methane (TU 51841-78) and carbon tetrachloride (GOST 20288-74) were used to obtain it.

В качестве кремнийорганического модификатора использовали полиорганогидридсилоксан общей формулы (RSiHO)n, марки 136-41 по ГОСТ 10834-76, являющийся полимером этилгидросилоксана. Представляет собой бесцветную или слабо-желтую жидкость с Т вспышки 75oC, Т самовосплам. 280oC, плотность при 20oC 0,995-1,003 г/см3, Т заст. ниже 60oC.As an organosilicon modifier, polyorganohydride siloxane of the general formula (RSiHO) n, grade 136-41 according to GOST 10834-76, which is a polymer of ethyl hydrosiloxane, was used. It is a colorless or slightly yellow liquid with a T flash of 75 o C, T self-ignition. 280 o C, density at 20 o C 0.995-1.003 g / cm 3 , T fast. below 60 o C.

В результате использование в композиции глинозема за счет высокой твердости его частиц достигается значительное повышение износостойкости композиционного материала, а хорошо развитая поверхность и наличие алюмоксановых и гидроксильных поверхностных группировок обеспечивает достижение эффективного взаимодействия частиц глинозема с полимерной матрицей и, как следствие, улучшение физико-механических характеристик материала. As a result, the use of alumina in the composition due to the high hardness of its particles results in a significant increase in the wear resistance of the composite material, and a well-developed surface and the presence of alumoxane and hydroxyl surface groups ensure the effective interaction of alumina particles with a polymer matrix and, as a result, improve the physicomechanical characteristics of the material .

Бронзовая стружка способствует созданию промежуточного слоя, являющегося полутвердой смазкой, которая вырабатывается из самого материала. Bronze chips contribute to the creation of an intermediate layer, which is a semi-solid lubricant that is produced from the material itself.

Промежуточный слой способствует плавному торможению, предотвращает схватывание контактирующих поверхностей, а также препятствует появлению задиров на контртеле, за счет чего износостойкость материала значительно повышается. The intermediate layer promotes smooth braking, prevents the setting of contacting surfaces, and also prevents the appearance of scoring on the counterbody, due to which the wear resistance of the material is significantly increased.

Природный волластонит обладает характеристической асимметричностью частиц порядка 15, которая, в основном, сохраняется в процессе измельчения. Natural wollastonite has a characteristic asymmetry of particles of the order of 15, which is mainly preserved during grinding.

Это обстоятельство обусловливает поведение волластонита в композиции, как армирующего материала, наподобие действию волокон, что придает композиции повышенные физико-механические свойства. Он обеспечивает более высокую прочность при изгибе и растяжении, отличается высокой водостойкостью. This circumstance determines the behavior of wollastonite in the composition as a reinforcing material, similar to the action of fibers, which gives the composition enhanced physical and mechanical properties. It provides higher strength in bending and stretching, and is characterized by high water resistance.

Кроме того, он способствует повышению теплостойкости, жесткости и поверхностной твердости, что улучшает износостойкость фрикционных изделий. In addition, it helps to increase heat resistance, stiffness and surface hardness, which improves the wear resistance of friction products.

При создании волокнисто-армированных композитов важен учет соотношения теплофизических характеристик компонентов материала. Развивающиеся в высокотемпературных парах трения высокие температуры приводят к неравномерному изнашиванию и неравномерному разрушению приповерхностных слоев в зоне трения, вызывая повышенный износ материала. When creating fiber-reinforced composites, it is important to take into account the ratio of the thermophysical characteristics of the material components. High temperatures developing in high-temperature friction pairs lead to uneven wear and uneven destruction of the surface layers in the friction zone, causing increased wear of the material.

Замедление этого процесса и повышение физико-механических характеристик композита можно обеспечить путем модификации поверхности армирующих наполнителей веществами, близкими по свойствам как к связующему, так и к наполнителю и вступающими в химическое взаимодействие с обоими и тем самым способствуя значительному улучшению адгезии между наполнителями и полимером. Slowing down this process and increasing the physicomechanical characteristics of the composite can be achieved by modifying the surface of reinforcing fillers with substances similar in properties to both the binder and the filler and entering into chemical interaction with both, and thereby contributing to a significant improvement in the adhesion between fillers and the polymer.

Осажденный из газовой фазы на поверхность волластонита углеродный модификатор включает пространственно разветвленные области графитоподобного типа и области разупорядоченного углерода, содержащие поверхностные функциональные группировки типа карбоксильных, карбонильных, фенольных гидроперекисных, лактонных, в состав которых входит углерод, кислород и водород, способный к реакции с фрагментами цепей полимерной матрицы. В то же время при осаждении углеродного модификатора на поверхность волластонита происходит хемосорбция углерода в результате реакций первичных активных центрово силанольных и силоксановых группировок с парами тетрахлорметана и метана. Таким образом обеспечивается связь как между углеродным модификатором и поверхность наполнителя, так и между модификатором и полимерной матрицей. При этом оптимальная концентрация углеродного модификатора на поверхности наступает при окончательном заполнении первичных активных центров. The carbon modifier deposited from the gas phase onto the surface of wollastonite includes spatially branched regions of the graphite-like type and regions of disordered carbon containing surface functional groups such as carboxyl, carbonyl, phenolic hydroperoxide, lactone, which include carbon, oxygen and hydrogen, capable of reacting with chain fragments polymer matrix. At the same time, when a carbon modifier is deposited on the surface of wollastonite, carbon chemisorption occurs as a result of reactions of primary active center-silanol and siloxane groups with carbon tetrachloride and methane vapors. In this way, a bond is ensured both between the carbon modifier and the filler surface, and between the modifier and the polymer matrix. In this case, the optimal concentration of the carbon modifier on the surface occurs during the final filling of the primary active centers.

Дальнейшее увеличение концентрации не приводит к улучшению свойств материала и неоправданно удорожает его стоимость. A further increase in concentration does not lead to an improvement in the properties of the material and unjustifiably increases its cost.

Для волластонита с дисперсностью частиц порядка 20-60 мкм оптимальное содержание углеродного модификатора на поверхности соответствует величине 2-10% от массы наполнителя. For wollastonite with a particle size of about 20-60 microns, the optimal content of the carbon modifier on the surface corresponds to 2-10% by weight of the filler.

Однако не все материалы, используемые в качестве армирующих наполнителей, можно подвергать высокотемпературной обработке, необходимой для синтеза на их поверхности углеродного модификатора. Так, базальтовые волокна претерпевают при этом значительное изменение внутренней структуры, в результате чего их прочность и износостойкость резко снижаются, что недопустимо. However, not all materials used as reinforcing fillers can be subjected to high-temperature processing necessary for the synthesis of a carbon modifier on their surface. So, basalt fibers undergo a significant change in the internal structure, as a result of which their strength and wear resistance are sharply reduced, which is unacceptable.

В связи с этим для модификации базальтовых волокон, а также, как вариант, и для модификации волластонита использовали кремнийорганический модификатор, технология нанесения которого не требует высокотемпературной обработки. In this regard, for the modification of basalt fibers, as well as, as an option, and for the modification of wollastonite, an organosilicon modifier was used, the application technology of which does not require high-temperature processing.

Действие лигоорганогидридсилоксана, используемого в данном случае, основано на взаимодействии реакционноспособной связи Si-H с первичными активными центрами, например гидроксильными или гидроперекисными, поверхности наполнителей. В результате на поверхности частиц материала образуется пространственно ориентированный полимер, обладающий хорошей адгезией к материалу за счет конденсации гидросилоксановых фрагментов и образования силоксановой связи с поверхность. С другой стороны оставшиеся связи Si-H будут являться теми вторичными активными центрами, которые образуют химические связи с компонентами полимерной матрицы в процессе компаундирования и последующей термообработки. The action of the organohydride siloxane used in this case is based on the interaction of the Si-H reactive bond with primary active centers, for example, hydroxyl or hydroperoxide, of the surface of the fillers. As a result, a spatially oriented polymer is formed on the surface of the material particles, which has good adhesion to the material due to the condensation of hydrosiloxane fragments and the formation of a siloxane bond with the surface. On the other hand, the remaining Si – H bonds will be those secondary active centers that form chemical bonds with the components of the polymer matrix during compounding and subsequent heat treatment.

Таким образом, действие обоих модификаторов основано на одном механизме, а именно создании буферного слоя на поверхности частиц наполнителя, который обладает одинаково высокой адгезией как к поверхности наполнителя, так и к полимерному связующему. Thus, the action of both modifiers is based on one mechanism, namely, the creation of a buffer layer on the surface of the filler particles, which has equally high adhesion to both the surface of the filler and the polymer binder.

В результате достигается значительно улучшение теплофизических и физико-механических свойств материала. The result is a significant improvement in the thermophysical and physico-mechanical properties of the material.

Повышается прочность, ударная вязкость, а также износостойкость фрикционного материала. Strength, toughness, and wear resistance of the friction material are increased.

Использование в предлагаемом техническом решении полиарамидных волокон в качестве армирующего наполнителя позволяет получить значительное улучшение таких физико-механических свойств материала, как ударная вязкость и прочность, за счет хорошего совмещения волокна с гибридной полимерной матрицей и фибриллированной структуры, придающей ему армирующие свойства. The use of polyaramide fibers in the proposed technical solution as a reinforcing filler allows one to obtain a significant improvement in such physical and mechanical properties of the material as impact strength and strength due to the good combination of fiber with a hybrid polymer matrix and a fibrillated structure, which gives it reinforcing properties.

Одновременно арамидные волокна обладают высокой твердостью и значительно снижают износ материала при их введении в композицию. At the same time, aramid fibers have high hardness and significantly reduce material wear when introduced into the composition.

Для сравнения необходимо сравнить с этих же позиций и композицию, описанную в прототипе. For comparison, it is necessary to compare with the same positions and the composition described in the prototype.

В случае прототипа [5] композиция не содержит арамидное волокно, которое придает материалу высокие прочностные характеристики. In the case of the prototype [5], the composition does not contain aramid fiber, which gives the material high strength characteristics.

Отсутствие в прототипе волластонита ухудшает стабильность фрикционно-износных свойств композиции, а также исключает возможность повысить прочность материала за счет армирующих свойств волластонита. The absence of wollastonite in the prototype worsens the stability of the friction-wear properties of the composition, and also precludes the possibility of increasing the strength of the material due to the reinforcing properties of wollastonite.

В случае прототипа модификация поверхности частиц армирующих наполнителей не использовалась, что не позволило дополнительно получить улучшение практически всех свойств наполненных композиций в результате улучшения диспергируемости наполнителя и его адгезионного взаимодействия с полимерной матрицей. In the case of the prototype, the surface modification of the particles of reinforcing fillers was not used, which did not allow to further improve almost all the properties of the filled compositions as a result of improving the dispersibility of the filler and its adhesive interaction with the polymer matrix.

Совокупность указанных свойств делает фрикционную композицию в случае прототипа менее эффективной, чем заявляемую, у которой значительно выше прочностные характеристики. The combination of these properties makes the friction composition in the case of the prototype less effective than the claimed, which has significantly higher strength characteristics.

Анализ известных из уровня техники фрикционных композиций показал, что некоторые введенные в заявляемое решение признаки известны. Analysis of the friction compositions known from the prior art has shown that some features introduced into the claimed solution are known.

Так, известна композиция [6] получаемая смешением органического волокна и неорганического наполнителя, обработанного 0,1-5% от массы наполнителя силанового аппрета, с совмещением полученной смеси с бумагой, пропитанной термореактивной смолой (фенольные и меламиновые смолы, ЭС и др.) с последующим отверждением готовой композиции. Thus, the known composition [6] is obtained by mixing organic fiber and an inorganic filler treated with 0.1-5% by weight of a filler of a silane sizing, with combining the resulting mixture with paper impregnated with a thermosetting resin (phenolic and melamine resins, ES, etc.) with subsequent curing of the finished composition.

Несмотря на использование в указанной композиции силанового аппрета максимального эффекта его действия не достигается в связи с нанесением модификатора только на дисперсный наполнитель, а не на армирующие волокнистые компоненты. Despite the use of a silane dressing in the specified composition, the maximum effect of its action is not achieved due to the application of the modifier only to the dispersed filler, and not to the reinforcing fibrous components.

Кроме того, применение углеродного модификатора более эффективно чем кремнийорганического в связи с более высокой адгезией первого к поверхности армирующих наполнителей и большим разнообразием и активностью поверхностных функциональных группировок, образующих химические связи с фрагментами полимерной матрицы. In addition, the use of a carbon modifier is more effective than organosilicon due to the higher adhesion of the first to the surface of the reinforcing fillers and the great diversity and activity of surface functional groups that form chemical bonds with fragments of the polymer matrix.

В результате в обоих вариантах заявляемой композиции достигается значительно больший эффект повышения физико-механических свойств и связанных с ними характеристик износостойкости, чем в рассматриваемом известном случае. As a result, in both variants of the claimed composition, a significantly greater effect of increasing the physicomechanical properties and the associated wear resistance characteristics is achieved than in the known case under consideration.

Кроме того, в известном варианте используется только органическое волокно и бумага в качестве армирующих наполнителей, что не позволяет получить износостойкость и теплостойкость фрикционных изделий, необходимых для работы в тяжелонагруженных парах трения. In addition, in the known embodiment, only organic fiber and paper are used as reinforcing fillers, which does not allow to obtain the wear resistance and heat resistance of friction products necessary for working in heavily loaded friction pairs.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень". This allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "inventive step".

Композицию готовят в резиносмесителе с овальными роторами смешением в течение 15-18 мин при температуре 90oC. После вылежки в течение 1-7 суток материал измельчают и формуют сначала в холодной, а потом в горячей пресс-форме при 190oC, давлении 30-40 МПа из расчета 1,5 мин/мм толщины. Готовое изделие термообрабатывают в печи 2-3 ч при 200oC.The composition is prepared in a rubber mixer with oval rotors by mixing for 15-18 minutes at a temperature of 90 o C. After aging for 1-7 days, the material is crushed and molded first in a cold, and then in a hot mold at 190 o C, pressure 30 -40 MPa at the rate of 1.5 min / mm thickness. The finished product is heat treated in an oven for 2-3 hours at 200 o C.

Перед смешением компонентов в резиносмесителе поверхность волластонита в первом варианте предварительно модифицируют углеродным модификатором из смеси паров метана и тетрахлорметана при температуре 600oC в течение 30 мин до содержания 2-10 мас.Before mixing the components in a rubber mixer, the surface of wollastonite in the first embodiment is preliminarily modified with a carbon modifier from a mixture of methane vapor and carbon tetrachloride at a temperature of 600 o C for 30 min to a content of 2-10 wt.

Кремнийорганическим модификатором обрабатывают поверхность базальтового волокна, а также поверхность волластонита во втором варианте. An organosilicon modifier treats the surface of basalt fiber, as well as the surface of wollastonite in the second embodiment.

Навески наполнителей помещаются на металлический противень и обрабатываются подготовленной по ГОСТ 10834-76 полиорганогидридсилоксановой жидкостью марки 136-41, затем высушиваются на воздухе в течение 2 ч и в термостате 15 мин при температуре 145-150oC.Weighed portions of the fillers are placed on a metal baking sheet and treated with a grade 136-41 polyorganohydride siloxane prepared by GOST 10834-76, then dried in air for 2 hours and in a thermostat for 15 minutes at a temperature of 145-150 o C.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Навеску волластонита массой 413 г помещают в проточный реактор и нагревают до температуры 600oC, а затем обрабатывают газовой смесью метана и тетрахлорметана в течение 30 мин. В результате обработки поверхность частиц волластонита модифицируется углеродом. Масса материала после обработки 440 г включает 6% углеродного модификатора.A weighed portion of wollastonite weighing 413 g is placed in a flow reactor and heated to a temperature of 600 o C, and then treated with a gas mixture of methane and carbon tetrachloride for 30 minutes As a result of processing, the surface of the wollastonite particles is modified by carbon. The mass of material after processing 440 g includes 6% carbon modifier.

Навеску базальтовых волокон массой 385 г помещают на металлический противень и при комнатной температуре обрабатывают полиорганогидридсилоксановой жидкостью марки 136-41 методом окунания, после чего волокна высушивают на воздухе 2 ч, а затем в термостате 15 мин при температуре 145-150oC. Масса материала после обработки 400 г включает 3,5% полиорганогидридсилоксанового модификатора.A sample of basalt fibers weighing 385 g is placed on a metal baking sheet and treated at room temperature with 136-41 polyorganohydride siloxane liquid by dipping, after which the fibers are dried in air for 2 hours, and then in an thermostat for 15 minutes at a temperature of 145-150 o C. Mass of material after treating 400 g includes 3.5% polyorganohydride siloxane modifier.

Далее компоненты загружают в резиносмеситель в следующей последовательности: каучук, фенолоформальдегидная смола, волокнистые и дисперсные наполнители. Next, the components are loaded into the rubber mixer in the following sequence: rubber, phenol-formaldehyde resin, fibrous and dispersed fillers.

Композицию готовят на резиносмесителе с овальными роторами марки ВН4003А с объемом смесительной камеры 2,0 л при общей загрузке 4 кг и следующих навесках компонентов, г:
Каучук 160
Фенолоформальдегидная смола 560
Арамидное волокно 120
Базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 4,5 мас. полиорганогидридсилоксана 400
Волластонит, поверхность которого модифицирована 6 мас. углеродного модификатора 440
Глинозем 240
Графит 60
Порошок меди 500
Бронзовая стружка 500
Барит 1020
Итого 4000 г
Время смещения смеси в резиносмесителе 15-18 мин.
The composition is prepared on a rubber mixer with oval rotors of the VN4003A brand with a mixing chamber volume of 2.0 l with a total load of 4 kg and the following weighed components, g:
Rubber 160
Phenol-formaldehyde resin 560
Aramid Fiber 120
Basalt fiber, the surface of which is modified 4.5 wt. organopolysiloxane 400
Wollastonite, the surface of which is modified 6 wt. carbon modifier 440
Alumina 240
Graphite 60
Copper Powder 500
Bronze shavings 500
Barite 1020
Total 4000 g
The mixture displacement time in the rubber mixer is 15-18 minutes.

Температурный режим процесса смешения регулируется путем охлаждения водой стенок роторов смесителя и должен быть не более 90oC в процессе компаундирования.The temperature of the mixing process is regulated by cooling the walls of the rotors of the mixer with water and should not be more than 90 o C in the compounding process.

Продолжительность вылежки смеси в контейнере при температуре воздуха 20±5oC не менее суток и не более 7 суток.The duration of the aging mixture in the container at an air temperature of 20 ± 5 o C for at least a day and no more than 7 days.

Смесь дробят в дезинтеграторе или вручную и брикетируют в холодной пресс-форме, после чего брикет подвергают горячему формованию в пресс-форме при температуре 190±5oC, удельном давлении 30-40 МПа и времени выдержки из расчета 1,5 мин на 1 мм толщины готового изделия. После прессования изделие подвергают окончательной термообработке в печи при 200±5oC в течение 2-3 ч.The mixture is crushed in a disintegrator or manually and briquetted in a cold mold, after which the briquette is subjected to hot molding in a mold at a temperature of 190 ± 5 o C, specific pressure 30-40 MPa and holding time at the rate of 1.5 min per 1 mm thickness of the finished product. After pressing, the product is subjected to final heat treatment in an oven at 200 ± 5 o C for 2-3 hours

Составы полимерных фрикционных композиций представлены в таблице 1. The compositions of the polymer friction compositions are presented in table 1.

Барит компенсирует недостающую до 100% долю, его содержание при этом колеблется в пределах 23,8-30,8 мас. Barite compensates for the missing to 100% share, while its content ranges from 23.8-30.8 wt.

Установлено, что изменение концентрации барита (инертного наполнителя) в указанных пределах не влияет на свойства фрикционного материала. It was established that a change in the concentration of barite (inert filler) within the indicated limits does not affect the properties of the friction material.

Фрикционно-износные характеристики (табл. 2) получали при определении фрикционной теплостойкости согласно стандартной методике РД-50-662-88 на универсальной машине трения 2168 УМТ. Friction-wear characteristics (Table 2) were obtained when determining the frictional heat resistance according to the standard method RD-50-662-88 on a universal friction machine 2168 UMT.

Образцы в виде цилиндрических колец, моделирующих пару трения чугун-полимерная фрикционная композиция, наружным диаметром 28 мм, внутренним диаметром 20 мм и высотой 15 мм приводятся в соприкосновение по торцовым поверхностям при определенной нагрузке и скоростях трения. Samples in the form of cylindrical rings simulating a friction pair of an iron-polymer friction composition, with an outer diameter of 28 mm, an inner diameter of 20 mm, and a height of 15 mm are brought into contact on end surfaces at a certain load and friction speeds.

Для сравнения материалов были выбраны следующие критерии:
Величина и стабильность коэффициента трения
αст.f = f/fmax.
Величину коэффициента трения определяли по формуле:

Figure 00000001

где
Figure 00000002
средняя величина коэффициента трения на данной ступени испытания;
Figure 00000003
среднее значение момента трения на данной ступени испытания;
P нагрузка на образцы при испытаниях
Величина и стабильность интенсивности изнашивания композиции
Figure 00000004

Интенсивность массового энергетического износа фрикционной композиции определяли по формуле:
IGi = Δmi/Wтi = Δmi/Li•f•P
где Δmi = mi-1 - mi величина массового износа;
mi; mi-1 масса образца i-й и i-1 ступени;
Wti работа трения i-й ступени испытаний (Дж);
P нагрузка (H);
Li путь трения (м) L = 2πrср•N;
N число оборотов образца на данной ступени испытаний;
rср. средний радиус образца.To compare the materials, the following criteria were selected:
The value and stability of the coefficient of friction
α st.f = f / f max .
The value of the coefficient of friction was determined by the formula:
Figure 00000001

Where
Figure 00000002
the average value of the coefficient of friction at this stage of the test;
Figure 00000003
the average value of the friction moment at this stage of the test;
P test load
The magnitude and stability of the wear rate of the composition
Figure 00000004

The intensity of mass energy wear of the friction composition was determined by the formula:
I Gi = Δm i / W ti = Δm i / L i • f • P
where Δm i = m i-1 - m i the amount of mass wear;
m i ; m i-1 is the mass of the sample of the i-th and i-1 stages;
W ti friction work of the i-th test stage (J);
P load (H);
L i friction path (m) L = 2πr sr • N;
N is the number of revolutions of the sample at this test stage;
r cf. average radius of the sample.

Предельно допустимая температура Vпред.(oC)
Начало резкого монотонного возрастания интенсивности изнашивания.
Maximum allowable temperature V pre. ( o C)
The beginning of a sharp monotonous increase in wear intensity.

Как видно из табл.2 оптимальным является состав для полимерной фрикционной композиции, содержащей компоненты в заявляемых пределах. As can be seen from table 2, the optimal composition is for a polymer friction composition containing components within the claimed limits.

Введение в композицию бутадиеннитрильного каучука менее 3 мас. не обеспечивает достаточно высокого коэффициента трения, а более высокие концентрации, свыше 5 мас. приводят к снижению предельной температуры (Vпред.oC), после которой резко монотонно возрастает интенсивность изнашивания.Introduction to the composition of butadiene rubber less than 3 wt. does not provide a sufficiently high coefficient of friction, and higher concentrations, over 5 wt. lead to a decrease in the limiting temperature (V pred. o C), after which the wear rate sharply monotonously increases.

Использование фенолоформальдегидной смолы за счет ее высокой теплостойкости позволяет повысить предельную рабочую температуру композиции, при этом введение смолы менее 13 мас. не обеспечивает указанного эффекта, а при введении более 15 мас. наблюдается значительное снижение коэффициента трения композиции, связанное с тем, что сама смола обладает низким коэффициентом трения. The use of phenol-formaldehyde resin due to its high heat resistance allows you to increase the maximum operating temperature of the composition, while the introduction of the resin is less than 13 wt. does not provide the specified effect, and with the introduction of more than 15 wt. there is a significant decrease in the coefficient of friction of the composition, due to the fact that the resin itself has a low coefficient of friction.

Уменьшение содержания арамидного волокна, обладающего хорошими армирующими свойствами до 2 мас. не позволяет достичь оптимальных значений твердости, ударной вязкости и прочности материала, а при увеличении его концентрации более 3,5 мас. происходит снижение предельной рабочей температуры и увеличение износа композиции за счет низкой теплостойкости арамидного волокна. The decrease in the content of aramid fiber having good reinforcing properties up to 2 wt. does not allow to achieve optimal values of hardness, toughness and strength of the material, and with an increase in its concentration of more than 3.5 wt. there is a decrease in the limiting operating temperature and an increase in the wear of the composition due to the low heat resistance of the aramid fiber.

Введение в композицию базальтового волокна ниже заявляемого предела (менее 8 мас.) ведет к снижению показателей прочности, твердости, износостойкости и предельной рабочей температуры. Высокое содержание базальтового волокна (более 10 мас.) снижает ударную вязкость и предел прочности при сжатии. Материал становится хрупким и не может быть использован для фрикционных накладок. Introduction to the composition of basalt fiber below the claimed limit (less than 8 wt.) Leads to a decrease in strength, hardness, wear resistance and maximum operating temperature. The high content of basalt fiber (more than 10 wt.) Reduces the impact strength and compressive strength. The material becomes brittle and cannot be used for friction linings.

При снижении концентрации волластонита ниже 9 мас. не наблюдается эффективного повышения прочности, ударной вязкости, а также коэффициента трения. With a decrease in the concentration of wollastonite below 9 wt. no effective increase in strength, toughness, and friction coefficient is observed.

Содержание волластонита более 12 мас. приводит к значительному увеличению коэффициента трения и, как следствие, перегреву и высокому износу материала и контртела. The content of wollastonite is more than 12 wt. leads to a significant increase in the coefficient of friction and, as a consequence, overheating and high wear of the material and counterbody.

Как отмечалось выше, присутствие глинозема в композиции придает ей хорошие прочностные и противоизносные свойства, однако при малом содержании (менее 4 мас.) действие его недостаточно эффективно. Наблюдается повышенный износ, отсутствие упрочняющего влияния. As noted above, the presence of alumina in the composition gives it good strength and anti-wear properties, however, with a low content (less than 4 wt.) Its effect is not effective enough. There is increased wear, the absence of a strengthening effect.

Увеличение его концентрации выше 8 мас. снижает удельную ударную вязкость и пределы прочности при сжатии и разрыве. The increase in its concentration above 8 wt. reduces specific impact strength and compressive strength and tensile strength.

Образование промежуточного смазочного слоя из графита между фрикционным материалом и контртелом позволяет предотвратить повышенный износ композита и стабилизировать коэффициент трения, но при содержании графита менее 1 мас. его действие малозаметно. В то же время при большой концентрации графита выше 2 мас. его смазывающее действие слишком высоко, что приводит к неоправданному снижению коэффициента трения, потере эффективности торможения. The formation of an intermediate lubricant layer of graphite between the friction material and the counterbody helps prevent increased wear of the composite and stabilizes the friction coefficient, but with a graphite content of less than 1 wt. its effect is subtle. At the same time, with a high concentration of graphite above 2 wt. its lubricating effect is too high, which leads to an unjustified decrease in the coefficient of friction, loss of braking efficiency.

Применение медного порошка в составе композиции связано с необходимостью хорошего теплоотвода из зоны трения. The use of copper powder in the composition is associated with the need for good heat removal from the friction zone.

Уменьшение граничного значения концентрации медного порошка менее 10 мас. способствует снижению теплопроводности, быстрому развитию высоких температур и, как следствие, увеличению износа, а увеличение содержания порошка (выше 15 мас.) ухудшает ударную вязкость и прочность материала. The decrease in the boundary value of the concentration of copper powder is less than 10 wt. helps to reduce thermal conductivity, the rapid development of high temperatures and, as a consequence, increase wear, and an increase in powder content (above 15 wt.) worsens the toughness and strength of the material.

Концентрация бронзовой стружки ниже 10 мас. не позволяет обеспечить необходимых значений теплопроводности, а также реализовать в достаточной степени эффект смазывания поверхности трения слоем металла, препятствующим схватыванию поверхностей. The concentration of bronze chips below 10 wt. It does not allow to provide the necessary values of thermal conductivity, and also to sufficiently realize the effect of lubricating the friction surface with a metal layer, which prevents the setting of surfaces.

При этом снижается предельная рабочая температура и повышается износ материала. Слишком большое содержание стружки более 15 мас. уже начинает сильно влиять на стабильность и величину коэффициента трения, одновременно ухудшаются и такие свойства материала как прочность и ударная вязкость. At the same time, the limiting operating temperature is reduced and the wear of the material increases. Too much chip content of more than 15 wt. already begins to strongly affect the stability and value of the coefficient of friction, at the same time, such material properties as strength and toughness deteriorate.

Эффективность применения модификаторов поверхности армирующих наполнителей определяется по улучшению таких физико-механических свойств материала как прочности на разрыв и сжатие, ударная вязкость. The effectiveness of the use of surface modifiers for reinforcing fillers is determined by improving such physical and mechanical properties of the material as tensile and compressive strength, impact strength.

Образование химических связей в системе наполнитель-модификатор и модификатор-полимер позволяет повысить также износостойкость композиции, поскольку на преодоление энергии химических связей требуется затратить значительно больше работы трения, чем в случае использования немодифицированных наполнителей. The formation of chemical bonds in the filler-modifier and modifier-polymer systems also makes it possible to increase the wear resistance of the composition, since significantly more friction work is required to overcome the energy of chemical bonds than if unmodified fillers are used.

При исследовании влияния модификаторов на вышеуказанные характеристики материала установлено, что оптимальными являются концентрации 2-10 мас. для углеродного модификатора и 3-4 мас. для полиорганогидридсилоксанового. Результаты исследований приведены в табл.2. When studying the effect of modifiers on the above characteristics of the material, it was found that the concentration of 2-10 wt. for carbon modifier and 3-4 wt. for organopolysiloxane. The research results are given in table.2.

При содержании модификаторов менее нижнего предела концентраций действие их недостаточно эффективно, поскольку первичные функциональные группы поверхности при этом в значительной мере остаются свободными и не участвуют в закреплении молекул модификатора. When the content of modifiers is less than the lower limit of concentrations, their effect is not effective enough, since the primary functional groups of the surface remain largely free and do not participate in fixing the modifier molecules.

Превышение верхнего предела концентраций приводит к тому, что осаждение модификатора происходит уже не на функциональных группах поверхности с образованием химических связей, а слоями, связь между которыми значительно слабее и разрушается гораздо легче. Exceeding the upper concentration limit leads to the fact that the deposition of the modifier occurs no longer on the functional groups of the surface with the formation of chemical bonds, but by layers, the bond between which is much weaker and breaks much easier.

В результате эффект модифицирования значительно ослабляется. As a result, the effect of the modification is significantly attenuated.

Таким образом, предлагаемый состав полимерной фрикционной композиции обладает улучшенными физико-механическими характеристиками и повышенной износостойкостью и может использоваться для работы в условиях тяжелонагруженных узлов трения. Thus, the proposed composition of the polymer friction composition has improved physical and mechanical characteristics and increased wear resistance and can be used to work in conditions of heavily loaded friction units.

Claims (1)

1. Полимерная фрикционная композиция, содержащая резольную фенолоформальдегиеную смолу, бутадиеннитрильный каучук, волокнистые наполнители и дисперсные наполнители глинозем, графит, порошок меди, бронзовая стружка и барит, отличающаяся тем, что в качестве волокнистых наполнителей она содержит арамидное волокно и базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 3 4 мас. полиорганогидридсилоксана, а в качестве дисперсного наполнителя она дополнительно содержит волластонит, поверхность которого модифицирована 2 10 мас. углеродного модификатора, при следующем соотношении компонентов композиции, мас. 1. The polymer friction composition containing resole phenol-formaldehyde resin, nitrile butadiene rubber, fibrous fillers and dispersed fillers alumina, graphite, copper powder, bronze shavings and barite, characterized in that it contains aramid fiber and basalt fiber, the surface of which is modified 3 to 4 wt. polyorganohydridosiloxane, and as a dispersed filler, it additionally contains wollastonite, the surface of which is modified 2 to 10 wt. carbon modifier, in the following ratio of components of the composition, wt. Резольная фенолоформальдегидная смола 13 15
Бутадиеннитрильный каучук 3 5
Арамидное волокно 2,5 3,0
Базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 3 4 мас. полиорганогидридсилоксана 8 10
Волластонит, поверхность которого модифицирована 2 10 мас. углеродного модификатора 10 12
Глинозем 4 8
Графит 1 2
Порошок меди 10 15
Бронзовая стружка 10 15
Барит Остальное
2. Полимерная фрикционная композиция, содержащая резальную фенолоформальдегиеную смолу, бутадиеннитрильный каучук, волокнистые наполнители и дисперсные наполнители глинозем, графит, порошок меди, бронзовая стружка и барит, отличающаяся тем, что в качестве волокнистых наполнителей она содержит арамидное волокно и базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 3 4 мас. полиорганогидридсилоксана, а в качестве дисперсного наполнителя она дополнительно содержит волластонит, поверхность которого модифицирована 3 4 мас. полиорганогидридсилоксана, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.
Resol phenol-formaldehyde resin 13 15
Nitrile butadiene rubber 3 5
Aramid fiber 2.5 3.0
Basalt fiber, the surface of which is modified 3 to 4 wt. organopolysiloxane 8 10
Wollastonite, the surface of which is modified 2 10 wt. carbon modifier 10 12
Alumina 4 8
Graphite 1 2
Copper Powder 10 15
Bronze chips 10 15
Barite Else
2. Polymeric friction composition containing cutting phenol-formaldehyde resin, nitrile butadiene rubber, fibrous fillers and dispersed fillers alumina, graphite, copper powder, bronze shavings and barite, characterized in that it contains aramid fiber and basalt fiber, the surface of which is modified 3 to 4 wt. polyorganohydridosiloxane, and as a dispersed filler, it additionally contains wollastonite, the surface of which is modified 3 to 4 wt. polyorganohydridosiloxane, in the following ratio of components of the composition, wt.
Резольная фенолоформальдегидная смола 13 15
Бутадиеннитрильный каучук 3 5
Арамидное волокно 2,5 3,0
Базальтовое волокно, поверхность которого модифицирована 3 4 мас. полиорганогидридсилоксана 8 10
Волластонит, поверхность которого модифицирована 3 4 мас. полиорганогидридсилоксана 10 12
Глинозем 4 8
Графит 1 2
Порошок меди 10 15
Бронзовая стружка 10 15
Барит Остальноеи
Resol phenol-formaldehyde resin 13 15
Nitrile butadiene rubber 3 5
Aramid fiber 2.5 3.0
Basalt fiber, the surface of which is modified 3 to 4 wt. organopolysiloxane 8 10
Wollastonite, the surface of which is modified 3 to 4 wt. organopolysiloxane 10 12
Alumina 4 8
Graphite 1 2
Copper Powder 10 15
Bronze chips 10 15
Barite Rest
RU93034917A 1993-07-05 1993-07-05 Polymer friction composition (variants) RU2090578C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93034917A RU2090578C1 (en) 1993-07-05 1993-07-05 Polymer friction composition (variants)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93034917A RU2090578C1 (en) 1993-07-05 1993-07-05 Polymer friction composition (variants)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93034917A RU93034917A (en) 1996-09-20
RU2090578C1 true RU2090578C1 (en) 1997-09-20

Family

ID=20144554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93034917A RU2090578C1 (en) 1993-07-05 1993-07-05 Polymer friction composition (variants)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2090578C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2570515C2 (en) * 2011-08-18 2015-12-10 Федерал-Могал Корпорейшн Friction material for making of brake, brake shoe and method of its fabrication
RU2630515C1 (en) * 2016-09-09 2017-09-11 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации Processing method of composite materials fibered reinforced fillers

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SU, авторское свидетельство, 648584, кл. С 08 L 61/10, 1979. SU, патент, 4175070, кл. С 08 К 3/04, 1979. SU, авторское свидетельство, 1142488, кл. С 08 L 61/10, 1985. SU, авторское свидетельство, 1552617, кл. С 08 L 61/10, 1987. SU, авторское свидетельство, 1557989, кл. С 08 L 61/10, 1988. JP, заявка, 62-104889, кл. С 09 К 3/14, 1987. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2570515C2 (en) * 2011-08-18 2015-12-10 Федерал-Могал Корпорейшн Friction material for making of brake, brake shoe and method of its fabrication
RU2630515C1 (en) * 2016-09-09 2017-09-11 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации Processing method of composite materials fibered reinforced fillers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100316113B1 (en) Friction materials containing powdered phenolic resins and methods for preparing the same
CN101679838B (en) Friction material composition, and friction material using the same
EP1874850B1 (en) Friction material
US4130537A (en) Asbestos free friction element
EP0183335B1 (en) Asbestos free friction element
US6284815B1 (en) Non-asbestos friction material
US6670408B2 (en) Friction material
CN103797085A (en) Friction material
FR2893374A1 (en) FRICTION MEMBER WITHOUT ASBESTOS.
FR2817004A1 (en) Friction material for brakes of vehicles or industrial machines, includes magnesium oxide and graphite at specific amounts and specific rates
JPH0859851A (en) Friction material containing blend of organic fiber component and organic particle component
CS216920B2 (en) Friction material
US6475614B2 (en) Friction material
CN1748015A (en) Friction material composition and friction material therefrom
CN1958648A (en) Method for producing brake sheets of heavy load truck
JPH0246807B2 (en)
CN109812524A (en) A kind of automotive brake pads environment-friendly type blend matrix friction material composition
RU2285018C1 (en) Friction material
KR100894134B1 (en) Non-asbestos friction material
CN108291133A (en) Friction material
EP1227262A1 (en) Non-asbestos friction material
RU2090578C1 (en) Polymer friction composition (variants)
WO2018084218A1 (en) Friction material composition and friction material
JP2002285143A (en) Friction material
JPH108035A (en) Non-asbestos-based friction material