RU2219212C1 - Composition material for tribotechnical coatings - Google Patents

Composition material for tribotechnical coatings Download PDF

Info

Publication number
RU2219212C1
RU2219212C1 RU2002125406A RU2002125406A RU2219212C1 RU 2219212 C1 RU2219212 C1 RU 2219212C1 RU 2002125406 A RU2002125406 A RU 2002125406A RU 2002125406 A RU2002125406 A RU 2002125406A RU 2219212 C1 RU2219212 C1 RU 2219212C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coatings
polyamide
carbon
tribotechnical
ratio
Prior art date
Application number
RU2002125406A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002125406A (en
Inventor
Василий Александрович Струк
Геннадий Александрович Костюкович
Виктор Иванович Кравченко
Евгений Витальевич Овчинников
Михаил Михайлович Семеняко
Иван Юрьевич Ларин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Белкард"
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 Открытое акционерное общество "Белкард" filed Critical Открытое акционерное общество "Белкард"
Priority to RU2002125406A priority Critical patent/RU2219212C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2219212C1 publication Critical patent/RU2219212C1/en
Publication of RU2002125406A publication Critical patent/RU2002125406A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: polymeric materials technology. SUBSTANCE: composition material based on polyamide matrix and carbon filling agent comprises as polyamide matrix the modified polyamide powder-like product of cryogenic grinding thermomechanically combined mixture of polyamide-6 and polyethylene taken in the ratio = 10:(1-0.1) and as carbon filling agent mixture of carbon components of graphite-like and diamond-like modification and carbon-graphite fiber taken in the ratio = (1:1:20)-(1:1:40), respectively. Invention can be used in machine engineering for making tribotechnical coatings in friction units exploited both with lubricant and without lubricant. Invention provides the enhancement of tribotechnical indices of coatings based on polyamides and providing high level of adhesion indices of coatings on non- -modified metals. EFFECT: improved and valuable properties of composition material. 2 tbl

Description

Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении для изготовления триботехнических покрытий деталей узлов трения машин и механизмов различного функционального назначения. The invention relates to polymer materials science and can be used in mechanical engineering for the manufacture of tribotechnical coatings of parts of friction units of machines and mechanisms for various functional purposes.

В современных конструкциях машин и механизмов широко применяют композиционные материалы, из которых изготавливают различные покрытия, в т.ч. противоизносные и антифрикционные. Такие покрытия разработаны на основе полимерных матриц различного состава и строения - полимерных, полиолефиновых, полиэфирных и т.п. В состав полимерных матриц вводят различные модификаторы - порошки сухих смазок, оксидов, металлов, силикатов и других веществ, которые изменяют прочностные, адгезионные, триботехнические, теплофизические характеристики [1] . Содержание дисперсных наполнителей в полимерной матрице составляет от 1 до 40%, что позволяет в широких пределах регулировать служебные характеристики композиционных материалов. Однако введение большого количества наполнителя затрудняет способность композиционного покрытия формировать однородные малодефектные покрытия на металлах. При малом содержании традиционных наполнителей не обеспечивается требуемый технический эффект. In modern designs of machines and mechanisms, composite materials are widely used, from which various coatings are made, including antiwear and anti-friction. Such coatings are based on polymer matrices of various compositions and structures - polymer, polyolefin, polyester, etc. Various modifiers are introduced into the composition of polymer matrices — powders of dry lubricants, oxides, metals, silicates, and other substances that change the strength, adhesion, tribotechnical, and thermophysical characteristics [1]. The content of dispersed fillers in the polymer matrix is from 1 to 40%, which allows a wide control over the performance characteristics of composite materials. However, the introduction of a large amount of filler impedes the ability of the composite coating to form uniform low defect coatings on metals. With a low content of traditional fillers, the required technical effect is not provided.

Известны антифрикционные покрытия на основе полимерных матриц, главным образом полиамидных, в состав которых в качестве функциональной добавки введен порошкообразный полиолефин [2]. При повышении температуры в зоне трения полиолефин, имеющий более низкую температуру плавления, чем полиамид, образует на пятнах фактического контакта пленку расплава, обладающую свойствами смазки. Такие покрытия обеспечивают высокую износостойкость узлов трения, эксплуатируемых как без смазки, так и с внешней смазкой. Однако наличие в составе композиционного материала полиолефина в виде изолированной фазы резко снижает прочность адгезионного соединения с металлическими подложками. Поэтому требуются специальные методы подготовки поверхности металлических деталей для обеспечения необходимого уровня адгезионной прочности покрытий. Это существенно усложняет технологический процесс нанесения покрытий и увеличивает их стоимость. Known antifriction coatings based on polymer matrices, mainly polyamide, in the composition of which a powdered polyolefin is introduced as a functional additive [2]. With increasing temperature in the friction zone, a polyolefin having a lower melting point than polyamide forms a melt film on the spots of actual contact with lubricating properties. Such coatings provide high wear resistance of friction units operated both without lubrication and with external lubrication. However, the presence in the composition of the composite material of the polyolefin in the form of an isolated phase sharply reduces the strength of the adhesive bond with metal substrates. Therefore, special methods are required to prepare the surface of metal parts to ensure the required level of adhesive strength of coatings. This significantly complicates the coating process and increases their cost.

Прототипом изобретения является композиционный материал на основе полиамида 11, в состав которого введены антифрикционные и противоизносные добавки [2]. Для обеспечения необходимой прочности адгезионного соединения покрытия с металлической подложкой последнюю обрабатывают раствором специального адгезива - праймера на основе олигомера эпоксидной смолы. После термообработки адгезива в диапазоне температур 280-350oС в течение 5-20 мин формируется подслой, который обеспечивает химическое взаимодействие макромолекулы полиамида и металлической подложки. Недостатком прототипа является:
- отсутствие отечественного производства полиамида 11, что обуславливает необходимостью импорта данного компонента;
- недостаточно высокий уровень адгезии покрытия к модифицированным поверхностям;
- высокая энергоемкость технологического процесса нанесения покрытий и повышенная экологическая опасность, обусловленная применяемыми растворителями и продуктами деструкции праймера в процессе его термообработки;
- низкие триботехнические характеристики покрытий, особенно при трении без внешней смазки.
The prototype of the invention is a composite material based on polyamide 11, the composition of which introduced anti-friction and anti-wear additives [2]. To ensure the necessary strength of the adhesive bonding of the coating with the metal substrate, the latter is treated with a solution of a special adhesive - a primer based on an epoxy oligomer. After heat treatment of the adhesive in the temperature range of 280-350 o C for 5-20 minutes, a sublayer is formed, which provides a chemical interaction of the polyamide macromolecule and the metal substrate. The disadvantage of the prototype is:
- lack of domestic production of polyamide 11, which necessitates the import of this component;
- insufficiently high level of adhesion of the coating to modified surfaces;
- high energy consumption of the coating process and increased environmental hazard due to the solvents and degradation products of the primer used during its heat treatment;
- low tribological characteristics of coatings, especially during friction without external lubrication.

Задачи, на которые направлено изобретение:
- повышение триботехнических характеристик покрытий на основе полиамидов;
- обеспечение высокого уровня адгезионных характеристик покрытий на немодифицированных металлах.
Tasks to which the invention is directed:
- increase the tribological characteristics of coatings based on polyamides;
- ensuring a high level of adhesion characteristics of coatings on unmodified metals.

Поставленные задачи решаются тем, что в качестве матрицы покрытия используют модифицированный полиамид, представляющий собой порошкообразный продукт криогенного измельчения термомеханически совмещенной смеси полиамида 6 и полиэтилена в соотношении 10:1÷0,1, а в качестве углеродного наполнителя - смесь углеродсодержащих компонентов различных модификаций - графитоподобной, алмазоподобной и углеграфитового волокна в соотношении 1:1:20÷1:1:40 при следующем содержании компонентов, мас.%:
Углеродный наполнитель - 0,11 - 10,5
Модифицированный полиамид - Остальное до 100
Составы композиционных материалов для триботехнических покрытий согласно прототипу [1] и изобретению приведены в таблице 1.
The tasks are solved in that a modified polyamide is used as a coating matrix, which is a powdery product of cryogenic grinding of a thermomechanically combined mixture of polyamide 6 and polyethylene in a ratio of 10: 1 ÷ 0.1, and as a carbon filler, a mixture of carbon-containing components of various modifications is graphite-like , diamond-like and carbon-graphite fiber in a ratio of 1: 1: 20 ÷ 1: 1: 40 with the following content of components, wt.%:
Carbon filler - 0.11 - 10.5
Modified Polyamide - Else up to 100
The compositions of the composite materials for tribological coatings according to the prototype [1] and the invention are shown in table 1.

В качестве полиамида 11 использовали продукт, поставляемый фирмой ELF ATOCHEM, Франция, под торговой маркой Rilsan. В качестве полиэтилена низкого давления использовали порошкообразный продукт Каплен (Россия). As polyamide 11, a product sold by ELF ATOCHEM, France, under the trademark Rilsan, was used. As a low-pressure polyethylene, the powdered product Kaplen (Russia) was used.

В качестве полиэтилена высокого давления использовали полиэтилен, производимый Новополоцким ПО "Полимир". В качестве свервысокомолекулярного полиэтилена использовали Хостален ГУР (GUR 4120) производства фирмы Вауеr. As high-pressure polyethylene, polyethylene produced by the Novopolotsk Production Association Polymir was used. As an extremely high molecular weight polyethylene, Khostalen GUR (GUR 4120) manufactured by Vauer was used.

Продукт криогенного измельчения на основе полиамида 6 получали следующим образом. Механическую смесь гранул полиамида 6 (Гродненский ПО Химволокно) и полиэтилена подвергали термомеханическому совмещению в экструдере шнекового типа при температурах 240-280oС с последующей грануляцией. Полученные гранулы подвергали криогенному измельчению в мельнице роторного типа, используя в качестве криогенного агента жидкий азот. Полученную механическую смесь фракций отсеивали до получения продукта с размером частиц 80-100 мкм. В качестве углеграфитового волокна использовали волокно марки "Вискум" производства Светлогорского ПО "Химволокно". Волокно измельчали на мельнице дисмембраторного типа до получения фракции с размером 50-80 мкм. В качестве компонентов углеродного наполнителя использовали промышленный продукт марки УДАГ, выпускаемый ЗАО "Синта". Соотношение алмазоподобной и графитоподобной фракции в продукте УДАГ составляет 1:1. При необходимости в состав УДАГ вводят недостающее количество графитоподобной или алмазоподобной модификации. Дисперсность наночастиц продукта УДАГ составляла 3÷10 нм.The product of cryogenic grinding based on polyamide 6 was obtained as follows. The mechanical mixture of polyamide 6 granules (Grodno PO Khimvolokno) and polyethylene was thermomechanically combined in a screw-type extruder at temperatures of 240-280 ° C followed by granulation. The granules obtained were subjected to cryogenic grinding in a rotary mill, using liquid nitrogen as a cryogenic agent. The resulting mechanical mixture of fractions was sieved to obtain a product with a particle size of 80-100 microns. As carbon graphite fiber used fiber brand "Viskum" produced by Svetlogorsk PO "Khimvolokno." The fiber was pulverized in a mill of a dismembrator type to obtain a fraction with a size of 50-80 microns. As components of the carbon filler, an industrial product of the UDAG brand manufactured by Cinta CJSC was used. The ratio of diamond-like and graphite-like fraction in the UDAG product is 1: 1. If necessary, the missing amount of graphite-like or diamond-like modification is introduced into the composition of UDAG. The dispersion of the nanoparticles of the UDAG product was 3–10 nm.

Для получения составов композиционных материалов использовали полимерные порошки с размером частиц не более 100 мкм. Компоненты перемешивали в смесителе барабанного типа до получения однородного состава. Покрытия наносили методом псевдоожиженного слоя из воздушной взвеси композиционного материала. В качестве подложки использовали образцы из стали 60 ПП, предварительно обезжиренные и нагретые до температуры 250-280oС. Подготовленные образцы помещали в механическую взвесь, в результате чего наблюдалось осаждение частиц композита и их оплавление с формированием покрытия. Полученные образцы исследовали по истечении 24 часов по общепринятым методикам. Триботехнические испытания проводили по схеме "палец-диск" при скорости скольжения 1 м/с и нагрузке 5÷10 МПа. Покрытие наносили на торцовую часть металлического образца из стали 45. Испытания проводили без смазки и со смазкой маслом МС-20, которую подавали в зону трения с помощью фитиля. Адгезионную прочность покрытия оценивали методом отслаивания под углом 180o.To obtain compositions of composite materials used polymer powders with a particle size of not more than 100 microns. The components were mixed in a drum type mixer until a homogeneous composition was obtained. The coatings were applied by the method of a fluidized bed of an air suspension of a composite material. Samples of steel 60 PP preliminarily defatted and heated to a temperature of 250-280 ° C were used as a substrate . The prepared samples were placed in a mechanical suspension, as a result of which the particles of the composite were precipitated and melted to form a coating. The resulting samples were examined after 24 hours by standard methods. Tribotechnical tests were carried out according to the "finger-disk" scheme at a sliding speed of 1 m / s and a load of 5 ÷ 10 MPa. The coating was applied to the end portion of a metal sample of steel 45. The tests were carried out without lubrication and with MC-20 oil, which was fed into the friction zone using a wick. The adhesive strength of the coating was evaluated by peeling at an angle of 180 o .

Триботехнические и прочностные характеристики покрытий, полученных из композиционных материалов по прототипу и заявленным составам, приведены в таблице 2. Как следует из данных таблицы 2, заявленные составы в заявленном соотношении компонентов (составы II -IV, VIII, IX) превосходят прототип по прочностным и триботехническим характеристикам. Превышение заявленного содержания (состав V) не дает дополнительного эффекта, а уменьшение содержания (состав I) приводит к снижению эффекта. Применение вместо продукта криогенного измельчения термомеханической смеси ПЭНД+ПА6 механической смеси ПА11 и ПЭНД (состав VII) или механической смеси ПА6 и ПЭНД (состав VI) приводит к резкому снижению показателей прочностных и адгезионных характеристик. Отсутствие в составе наноразмерных частиц углерода (состав X) и замена их на частицы обычного графита (состав X) снижает прочностные и триботехнические характеристики покрытий на металлах. Tribological and strength characteristics of coatings obtained from composite materials of the prototype and the claimed compositions are shown in table 2. As follows from the data of table 2, the claimed compositions in the claimed ratio of components (compounds II-IV, VIII, IX) surpass the prototype in strength and tribotechnical characteristics. Exceeding the declared content (composition V) does not give an additional effect, and a decrease in the content (composition I) leads to a decrease in the effect. The use of a mechanical mixture of PA11 and HDPE (composition VII) or a mechanical mixture of PA6 and HDPE (composition VI) instead of a cryogenic grinding product of a thermomechanical mixture of HDPE + PA6 leads to a sharp decrease in the strength and adhesive characteristics. The absence of carbon nanoparticles (composition X) in the composition and their replacement with ordinary graphite particles (composition X) reduces the strength and tribotechnical characteristics of coatings on metals.

Таким образом, заявленные составы в заявленном соотношении компонентов превосходят прототип по комплексу физико-механических, триботехнических и адгезионных характеристик. Thus, the claimed compositions in the claimed ratio of components surpass the prototype in a complex of physico-mechanical, tribotechnical and adhesive characteristics.

Сущность изобретения состоит в следующем. Термомеханическое совмещение полиамида 6 и полиэтилена приводит к образованию сополимерного продукта, который обладает более высокой термодинамической совместимостью по сравнению с механической смесью компонентов в аналогичных соотношениях. Введение в состав полимерной матрицы наночастиц углерода обеспечивает дополнительное взаимодействие макромолекул ПА6 и полиэтилена вследствие ориентирующего действия собственных силовых полей. Ориентация приводит к образованию квазикристаллических структур в аморфной части полимерной матрицы, что увеличивает прочность композиции и адгезионное взаимодействие покрытия с металлической подложкой. Дополнительное введение в композит углеграфитового волокна упрочняет его и повышает триботехнические характеристики как при трении со смазкой, так и без смазки. Высокие показатели адгезионных характеристик присущи заявленным составам не только при нанесении их на модифицированную поверхность металла, но и на необработанную. Это позволяет формировать покрытие за один технологический цикл и резко снижает энергоемкость процесса. The invention consists in the following. The thermomechanical combination of polyamide 6 and polyethylene leads to the formation of a copolymer product, which has a higher thermodynamic compatibility compared to a mechanical mixture of components in similar proportions. The introduction of carbon nanoparticles into the polymer matrix provides an additional interaction of PA6 macromolecules and polyethylene due to the orienting action of their own force fields. Orientation leads to the formation of quasicrystalline structures in the amorphous part of the polymer matrix, which increases the strength of the composition and the adhesive interaction of the coating with the metal substrate. The additional introduction of carbon-graphite fiber into the composite strengthens it and improves the tribotechnical characteristics both during friction with lubricant and without lubricant. High adhesion characteristics are inherent in the claimed compositions, not only when applied to a modified metal surface, but also on untreated. This allows you to form a coating in one technological cycle and dramatically reduces the energy intensity of the process.

Таким образом, заявленный состав обладает признаком изобретения по критериям технического и технологического эффекта. Thus, the claimed composition has a feature of the invention according to the criteria of technical and technological effect.

Источники информации
1. Довгяло В. А. , Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных полимеров. - Минск: Наука и техника, 1992 - 256 с.
Sources of information
1. Dovgyalo V. A., Yurkevich O.R. Composite materials and coatings based on dispersed polymers. - Minsk: Science and technology, 1992 - 256 p.

2. Designing for Rilsan coatings. - ELF ATOCHEM, Paris, 1999. -P. 18. - прототипв 2. Designing for Rilsan coatings. - ELF ATOCHEM, Paris, 1999. -P. 18. - prototype

Claims (1)

Композиционный материал для триботехнических покрытий на основе полиамидной матрицы и углеродного наполнителя, отличающийся тем, что он содержит в качестве полиамидной матрицы модифицированный полиамид, представляющий собой порошкообразный продукт криогенного измельчения термомеханически совмещенной смеси полиамида 6 и полиэтилена в соотношении 10:1÷0,1, а в качестве углеродного наполнителя смесь углеродных компонентов графитоподобной и алмазоподобной модификации и углеграфитового волокна в соотношении 1:1:20÷1:1:40 при следующем соотношении компонентов, мас.%:Composite material for tribotechnical coatings based on a polyamide matrix and a carbon filler, characterized in that it contains a modified polyamide as a polyamide matrix, which is a powder product of cryogenic grinding of a thermomechanically combined mixture of polyamide 6 and polyethylene in a ratio of 10: 1 ÷ 0.1, and as a carbon filler, a mixture of carbon components of graphite-like and diamond-like modification and carbon-graphite fiber in a ratio of 1: 1: 20 ÷ 1: 1: 40 in the following ratio shenii, wt.%: Углеродный наполнитель 0,11-10,5Carbon filler 0.11-10.5 Модифицированный полиамид Остальное до 100Modified Polyamide Else up to 100
RU2002125406A 2002-09-19 2002-09-19 Composition material for tribotechnical coatings RU2219212C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002125406A RU2219212C1 (en) 2002-09-19 2002-09-19 Composition material for tribotechnical coatings

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002125406A RU2219212C1 (en) 2002-09-19 2002-09-19 Composition material for tribotechnical coatings

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2219212C1 true RU2219212C1 (en) 2003-12-20
RU2002125406A RU2002125406A (en) 2004-03-20

Family

ID=32067085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002125406A RU2219212C1 (en) 2002-09-19 2002-09-19 Composition material for tribotechnical coatings

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2219212C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113956703A (en) * 2021-09-22 2022-01-21 广东优志新材料有限公司 High-temperature conductive putty for powder spraying

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Designing for Rilsan coatings. - ELF ATOCHEM, Paris, 1999, p.18. Пластические массы, 1983, № 7, с. 50 и 51. *
Яковлев А.Д. Порошковые краски. - Л.: Химия, 1987, с. 81-83. Довгяло В.А. и Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных полимеров. - Минск, Наука и техника, 1992 - 256 с. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113956703A (en) * 2021-09-22 2022-01-21 广东优志新材料有限公司 High-temperature conductive putty for powder spraying

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002125406A (en) 2004-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Karatas et al. Synergetic effect of graphene nanoplatelet, carbon fiber and coupling agent addition on the tribological, mechanical and thermal properties of polyamide 6, 6 composites
Rong et al. Microstructure and tribological behavior of polymeric nanocomposites
Wang et al. The friction and wear properties of nanometer ZrO2‐filled polyetheretherketone
Demian et al. Investigation of surface properties and mechanical and tribological behaviors of polyimide based composite coatings
US4563495A (en) Resinous composition for sliding members
Zhou et al. Improvement of the tribological behavior of ultra‐high‐molecular‐weight polyethylene by incorporation of poly (phenyl p‐hydroxyzoate)
CN111484740A (en) Blending material adopting polyphenyl ester and PBO fiber to fill thermoplastic resin and preparation method thereof
RU2219212C1 (en) Composition material for tribotechnical coatings
Padhan et al. A complex interdependence of thermal conductivity and lubricity of two solid lubricants to control the tribo-performance of PAEK based composites
Kunhikrishnan et al. Mechanical and thermal characterization on synthesized silane-treated graphitic carbon nitride (g-C3N4) reinforced 3D printed poly (Lactic Acid) composite
JP2015516498A (en) Tribological aromatic polyimide composition
JPH03500328A (en) bearing
JP2609441B2 (en) Polyethylene molding composition
RU2228347C1 (en) Tribotechnical composite
CN101514245A (en) Method for preparing wear-resisting toughening PA66 nano composite material
Zhou et al. Mechanical and tribological behavior of compatibilized ultra-high-molecular-weight polyethylene/liquid crystalline polymer composites
JPS6140357A (en) Polyphenylene sulfide resin composition
Feng et al. Polymerization compounding composites of nylon‐6, 6/short glass fiber
Kizil et al. Investigation of the effect of zeolite, bentonite, and basalt fiber as natural reinforcing materials on the material properties of PPS and CF‐reinforced PPS
Basavaraj et al. Microstructure, thermal, physico–mechanical and tribological characteristics of molybdenum disulphide‐filled polyamide 66/carbon black composites
UA74605C2 (en) A composite material for tribotechnical coatings
RU2401855C1 (en) Composite tribotechnical material
CN109796755B (en) Surface fatigue wear resistant thermoplastic polyamide composite material and preparation method thereof
RU2307855C1 (en) Composite material for manufacture of the triboengineering coatings
RU2401849C1 (en) Composition of tribotechnical coating composite material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140920