RU2278875C2 - Состав для получения композиционного материала - Google Patents
Состав для получения композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2278875C2 RU2278875C2 RU2004103898/04A RU2004103898A RU2278875C2 RU 2278875 C2 RU2278875 C2 RU 2278875C2 RU 2004103898/04 A RU2004103898/04 A RU 2004103898/04A RU 2004103898 A RU2004103898 A RU 2004103898A RU 2278875 C2 RU2278875 C2 RU 2278875C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- carbon
- filler
- composition
- fluorine
- Prior art date
Links
Abstract
Настоящее изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении для изготовления узлов трения машин и механизмов различного назначения. Состав включает политетрафторэтилен, углеродный модификатор и дополнительно фторсодержащий олигомер с молекулярной массой 2000-5000 ед. марок «Эпилам» или «Фолекокс». Задачей изобретения является повышение износостойкости композиционного материала, в том числе при эксплуатации без смазки, и увеличение прочностных характеристик материалов, в том числе показателя прочности при растяжении и твердость. Поставленная задача решается тем, что в качестве углеродного модификатора состав содержит медьсодержащий углеродный наполнитель с содержанием меди 0,1-80 мас.%. 2 табл.
Description
Изобретение относится к полимерному материаловедению и может быть использовано в машиностроении для изготовления узлов трения машин и механизмов различного назначения.
Известны композиционные герметизирующие материалы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), в состав которых введены различные функциональные добавки - сиалоны, графит, дисульфид молибдена и порошки оксидов, металлов, силикатов [1]. Дисперсность применяемых модификаторов составляет от 50-100 нм до 100-200 мкм. Введение модификаторов в количестве от 5 до 40 мас.% позволяет существенно повысить износостойкость ПТФЭ и его нагрузочную способность. Вместе с тем, существенно снижается ударная вязкость материала и прочность при растяжении, что обусловлено высокой вязкостью расплава ПТФЭ и его плохой смачивающей способностью по отношению к частицам наполнителя.
Прототипом изобретения является состав композиционного материала на основе ПТФЭ, содержащий в качестве функционального наполнителя углеграфитовое волокно в сочетании с сухими смазками - графитом, дисульфидом молибдена и т.п. Такой материал выпускают под торговой маркой «Флубон» [2]. Материал «Флубон» или его аналог «Флувис» применяют для изготовления деталей подвижных и неподвижных сопряжений в различных герметизирующих системах.
Недостатками прототипа являются невысокие прочностные характеристики, прежде всего показатели прочности при растяжении, ударной вязкости, и относительная невысокая износостойкость при эксплуатации узла трения без подвода внешней смазки.
Задачей изобретения является повышение износостойкости композиционного герметизирующего материала, в том числе при эксплуатации без смазки, и увеличение прочностных характеристик материалов, в т.ч. показателя прочности при растяжении и твердость.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом составе для получения композиционного материала, включающем политетрафторэтилен, углеродный модификатор, в качестве углеродного модификатора содержится медьсодержащий углеродный наполнитель с содержанием меди 0,01-80 мас.% и дополнительно фторсодержащий олигомер с молекулярной массой 2000-5000 ед. марок «Эпилам» или «Фолеокс» при следующем соотношении компонентов в мас.%:
медьсодержащий углеродный наполнитель | |
с содержанием меди 0,01-80 мас.% | 1,0-40 |
фторсодержащий олигомер с молекулярной | |
массой 2000-5000 ед. марок «Эпилам» или «Фолеокс» | 0,1-1,0 |
политетрафторэтилен | остальное до 100 |
Вариантом исполнения композиционного герметизирующего материала является использование смеси медьсодержащих наполнителей и смеси фторсодержащих олигомеров.
Сущность изобретения состоит в том, что применение медьсодержащего углеродного наполнителя в сочетании с фторсодержащим олигомером позволяет реализовать синергический эффект, заключающийся в одновременном повышении прочностных и триботехнических характеристик. Этот эффект обусловлен, с одной стороны, образованием прочной адгезионной связи на границе раздела «матрица - наполнитель» за счет пластифицирования частицы политетрафторэтилена. Тождественность фторсодержащего олигомера и матрицы политетрафторэтилена обуславливает термомеханическую совместимость и пластифицирование матрицы, находящейся в высокоэластическом состоянии. Наличие нанодисперсных частиц меди в углеродном компоненте увеличивает прочность армирующих агрегатов. С другой стороны, в результате физико-химических превращений происходит образование соединений, по составу и свойствам близких к солям фторкислот, которые обладают хорошими противоизносными свойствами.
Примеры составов для получения композиционных материалов конкретного выполнения приведены в табл.1.
Таблица 1 Составы для получения композиционных материалов |
|||||||||
Компонент | Содержание, мас.% | ||||||||
Прототип | Заявляемые составы | ||||||||
I | II | I | II | III | IV | V | VI | VII | |
1. Углеродный наполнитель: | |||||||||
углеродное волокно «Урал», | 19,5 | - | - | - | - | - | - | - | - |
- углеграфитовое волокно «Вискум», | - | 19,5 | - | - | - | - | - | - | - |
- углеграфитовое волокно «Урал» с содержанием меди 0,01 мас.%, | - | - | 0,5 | 0,75 | 19,5 | 39 | 44 | - | - |
- углеграфитовое волокно «Вискум» с содержанием меди 0,01 мас.%, | - | - | - | - | - | - | - | 19,5 | - |
- углеграфитовое волокно «Вискум» с содержанием меди 0,1 мас.% | - | - | - | - | - | - | - | - | 19,5 |
- графит | 0,5 | 0,5 | - | - | - | - | - | - | - |
- графит металлизированный | |||||||||
с содержанием меди: | - | - | 0,25 | 0,25 | 0,5 | 1 | 1 | - | 0,25 |
- 5 мас.%, | - | - | - | - | - | - | - | 0,5 | - |
- 40 мас.% | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,25 |
- 80 мас.% | |||||||||
Фторсодержащий олигомер: | |||||||||
- «Эпилам» | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,75 |
- «Фолеокс» Ф-1 | - | - | 0,05 | 0,1 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | - | - |
- «Фолеокс» Ф-14 | - | - | - | - | - | - | - | 0,5 | 0,25 |
- политетрафторэтилен | 80 | 80 | 99,2 | 98,9 | 79,5 | 59 | 53,5 | 79,5 | 79,5 |
Примеры изготовления композиционных герметизирующих материалов в соответствии с прототипом и заявленными составами представлены ниже. Прототип [состав I]. 200 г углеграфитового волокна «Урал» измельчают на дисмембраторном измельчителе в течение 30 мин. Полученный наполнитель в необходимом соотношении смешивают с графитом коллоидным марки С-1 и порошкообразным политетрафторэтиленом марки Ф-4 в быстроходном лопастном смесителе в течение 30 мин до получения однородной композиции. Полученный материал перерабатывают в изделия по двухстадийной технологии. На первой стадии осуществляют холодное прессование заготовок при 20°С и давлении 50 МПа. Затем полученные заготовки спекают при температуре 270-350°С в течение 10 часов в атмосфере воздуха. Из полученных заготовок методом фрезерования и точения изготавливали образцы для проведения сравнительных испытаний по общепринятой методике. Триботехнические испытания проводили по схеме «пальчик - диск» при скорости 1 м/с и удельной нагрузке 10 МПа при трении без смазки и со смазкой маслом марки МС-20.
Прототип [состав II]. Технология изготовления и переработки данного композиционного материала аналогичны вышеописанным. В качестве наполнителя использовали углеграфитовое волокно марки «Вискум» производства ПО «Химволокно» г.Светлогорск.
Заявляемые составы [I-VII]. Технология изготовления и переработки композиционных материалов заявляемых составов аналогичны описанным. Медьсодержащий углеродный наполнитель получали по двум технологиям.
По первой технологии. Углеродный наполнитель высушивали до удаления низкомолекулярных компонентов при температуре 100±5°С в течение 5-6 часов в слое толщиной не более 1 см. После этого его обрабатывали водным или спиртовым раствором соли - источника металла. В качестве такой соли использовали муравьинокислые (формиаты) и щавелевокислые (оксалаты) соли меди. При достижении некоторой температуры, превышающей температуру разложения, эти соединения разлагаются по следующим схемам:
Образующийся металл, находящийся в высокодисперсном состоянии, взаимодействует с углеродным носителем и образует медьсодержащий углеродный наполнитель. Содержание металла в наполнителе регулируется изменением концентрации раствора или увеличением числа обработок. Размеры единичных частиц меди соответствуют размерам дефектов и не превышают 3-10 нм. Термообработку модифицированного солью наполнителя проводят в безокислительной среде во избежание окисления образующегося металла. Для этого наполнитель обрабатывают 1-2 мас.% раствором фторсодержащего олигомера. Медьсодержащий наполнитель измельчают на дисмембраторной мельнице в течение 30 мин. Далее смешивают наполнитель и матрицу в лопастном смесителе до получения однородного состава.
По второй технологии медьсодержащий наполнитель получают осаждением частиц металла на углеродную подложку в процессе химического восстановления из соответствующей соли. Для получения, например, медьсодержащих наполнителей используют соли меди - сульфат, нитрат, формиат и т.п. Содержание металла в наполнителе в этом случае регулируется временем химического восстановления. При такой технологии медь осаждается главным образом в дефектах поверхностного слоя и имеет размеры моночастиц не более 30 нм. Отдельные моночастицы образуют более крупные конгломераты со слабыми физическими связями. Такие конгломераты при сравнительно небольших механических воздействиях разрушаются с образованием моночастиц, пластически деформирующихся под воздействием контактного давления и напряжений сдвига. Частицы медьсодержащего углеродного наполнителя смешивают с полимерной матрицей в смесителе до получения однородной композиции. Прессование изделий осуществляется по вышеописанной технологии.
В качестве фторсодержащих олигомеров использовали продукты, выпускаемые в Российской Федерации под торговыми марками «Эпилам» и «Фолеокс». Олигомер «Эпилам» представляет собой перфторированную карбоновую кислоту со структурной формулой:
«Эпиламы» марок 6СФК-180-05 и СФК-180-20 представляют собой 0,5 и 2,0 мас.% растворы перфторкислоты в хладоне 113 (ГОСТ 23844-79). Их выпускают по ТУ6-02-2-610-80. Олигомеры «Фолеокс» являются аналогами олигомеров «Эпилам». Их выпускают по ТУ 38.03.1.013. «Фолеокс» марки Ф-1 имеет структурную формулу:
Олигомеры марки Ф-14 вместо функциональной карбоксильной группы содержат группу CF3.
Молекулярная масса олигомеров зависит от степени полимеризации п и составляет от 2000 до 5000 ед.
Растворитель активного вещества (фреон или хладон) улетучивается в процессе приготовления материала и влияния на его свойства в дальнейшем не оказывает.
Физико-механические и триботехнические характеристики композиционных материалов приведены в табл.2.
Таблица 2. Физико-механические и триботехнические характеристики |
|||||||||
Характеристика | Показатель для материала | ||||||||
Прототип | Заявляемый состав | ||||||||
I | II | I | II | III | IV | V | VI | VII | |
1. Разрушающее напряжение при растяжении, МПа | 18,0 | 17,0 | 19,0 | 25,0 | 30,1 | 23,0 | 18,0 | 32 | 31,5 |
2. Твердость по Бринеллю, МПа | 53 | 53 | 38 | 52 | 60 | 65 | 60 | 63 | 64 |
3. Коэффициент трения без смазки: | |||||||||
- при нагрузке 5 МПа | 0,22 | 0,20 | 0,20 | 0,22 | 0,22 | 0,23 | 0,25 | 0,22 | 0,22 |
- при нагрузке 10 МПа | 0,15 | 0,13 | 0,13 | 0,13 | 0,14 | 0,13 | 0,20 | 0,15 | 0,17 |
- при нагрузке 15 МПа | 0,25 | 0,25 | 0,10 | 0,08 | 0,07 | 0,08 | 0,10 | 0,10 | 0,10 |
- трение со смазкой и при нагрузке 15 МПа | 0,10 | 0,10 | 0,08 | 0,05 | 0,05 | 0,06 | 0,08 | 0,05 | 0,05 |
4. Интенсивность изнашивания, J×107: | |||||||||
- при нагрузке 5 МПа | 3,5 | 3,2 | 2,8 | 1,8 | 1,7 | 1,75 | 1,9 | 1,65 | 1,63 |
- при нагрузке 10 МПа | 3,2 | 3,0 | 2,6 | 1,7 | 1,6 | 1,7 | 1,8 | 1,70 | 1,71 |
- при нагрузке 15 МПа | 5,8 | 5,5 | 2,4 | 1,5 | 1,53 | 1,4 | 1,6 | 1,53 | 1,45 |
5. Нагрузочно-скоростной диапазон применения [PV], 1 МПа, м/с: | |||||||||
- при трении без смазки | 8 | 8 | 10 | 12 | 14 | 14 | 14 | 15 | 15 |
- при трении со смазкой | 10 | 10 | 12 | 15 | 18 | 20 | 20 | 21 | 22 |
Как следует из данных, представленных в табл. 2, заявляемые составы в заявленном соотношении компонентов (II-IV, VI, VII) превосходят прототип по износостойкости, прочности и имеют более высокий показатель [PV]. Уменьшение содержания компонентов (металлсодержащего углеродного наполнителя и фторсодержащего олигомера) ниже заявленных пределов (состав I) приводит к снижению показателей физико-механических и прочностных характеристик. Превышение содержания компонентов (состав IV) не дает дополнительного эффекта. Замена марки фторсодержащего олигомера не снижает достигаемого эффекта, а увеличение содержания металла в металлсодержащем углеродном наполнителе обеспечивают увеличение триботехнических характеристик.
Разработанный композиционный герметизирующий материал может быть использован для изготовления деталей статических и динамических (триботехнических) уплотнительных устройств различных машин, механизмов и технологического оборудования.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.А.Охлопкова. Физико-химические принципы создания триботехнических материалов на основе полимеров и ультрадисперсных керамик: Автореф. дис. ...докт. техн. наук: - Гомель, 1999. - С.25.
2. Г.А.Сиренко. Антифрикционные карбопластики. - Киев: Технiка, 1995. - С.195.
Claims (1)
- Состав для получения композиционного материала, включающий политетрафторэтилен, углеродный модификатор, отличающийся тем, что в качестве углеродного модификатора он содержит медьсодержащий углеродный наполнитель с содержанием меди 0,1-80 мас.% и дополнительно фторсодержащий олигомер с молекулярной массой 2000-5000 ед. марок «Эпилам» или «Фолеокс» при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Медьсодержащий углеродный наполнитель с содержанием меди 0,1-80 мас.% 0,1-40 Фторсодержащий олигомер с молекулярной массой 2000-5000 ед. марок «Эпилам» или «Фолеокс» 0,1-1,0 Политетрафторэтилен Остальное до 100
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004103898/04A RU2278875C2 (ru) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Состав для получения композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004103898/04A RU2278875C2 (ru) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Состав для получения композиционного материала |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004103898A RU2004103898A (ru) | 2005-07-20 |
RU2278875C2 true RU2278875C2 (ru) | 2006-06-27 |
Family
ID=35842204
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004103898/04A RU2278875C2 (ru) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Состав для получения композиционного материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2278875C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2457228C2 (ru) * | 2010-08-04 | 2012-07-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Наука" (ОАО НПО "Наука") | Способ получения композиций для получения антифрикционных покрытий на металлических поверхностях |
RU2550386C2 (ru) * | 2010-09-17 | 2015-05-10 | Чжунхао Чэньгуан Ресерч Инститьют Оф Кемикал Индастри Ко., Лтд. | Износоустойчивый материал из модифицированного политетрафторэтилена |
-
2004
- 2004-02-10 RU RU2004103898/04A patent/RU2278875C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
СИРЕНКО Г.А. «Антифрикционные карбопластики», Киев, Техника, 1995, с.195. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2457228C2 (ru) * | 2010-08-04 | 2012-07-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Наука" (ОАО НПО "Наука") | Способ получения композиций для получения антифрикционных покрытий на металлических поверхностях |
RU2550386C2 (ru) * | 2010-09-17 | 2015-05-10 | Чжунхао Чэньгуан Ресерч Инститьют Оф Кемикал Индастри Ко., Лтд. | Износоустойчивый материал из модифицированного политетрафторэтилена |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004103898A (ru) | 2005-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | The roles of nano-SiO2 particles on the tribological behavior of short carbon fiber reinforced PEEK | |
JPWO2009041653A1 (ja) | 摺動部材用組成物及び該組成物を被着した摺動部材 | |
CN109777036A (zh) | 一种聚醚醚酮基耐磨复合材料及其制备方法 | |
Li et al. | Surface modification of h-BN and its influence on the mechanical properties of CuSn10/h-BN composites | |
RU2278875C2 (ru) | Состав для получения композиционного материала | |
Ajay Vardhaman et al. | Experimental investigations to enhance the tribological performance of engine oil by using nano-boric acid and functionalized multiwalled carbon nanotubes: A comparative study to assess wear in bronze alloy | |
CN113980545B (zh) | 一种聚醚醚酮/黑磷自润滑复合涂层、复合材料及其制备方法 | |
Chen et al. | Inhibition of cold‐welding and adhesive wear occurring on surface of the 6061 aluminum alloy by graphene oxide/polyethylene glycol composite water‐based lubricant | |
Liu et al. | The friction and wear performance of polytetrafluoroethylene coating reinforced with modified graphene | |
KR20100114648A (ko) | 강화입자를 포함하는 코팅용 조성물에 의하여 코팅된 부시 및 그 제조방법 | |
Cheng et al. | MoS2/montmorillonite nanocomposite: Preparation, tribological properties, and inner synergistic lubrication | |
RU2403269C2 (ru) | Способ изготовления полимерного нанокомпозиционного материала и материал, изготовленный этим способом | |
JP5748009B2 (ja) | 固体粒子、固体潤滑剤及び金属部材 | |
Wang et al. | Effects of carbon nano onions on the tribological performance of food‐grade calcium sulfonate complex grease | |
Li et al. | Novel preparation of calcium borate/graphene oxide nanocomposites and their tribological properties in oil | |
RU2386648C2 (ru) | Антифрикционная композиция и способ ее получения | |
RU2792599C1 (ru) | Полимерный композиционный материал конструкционного и триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена и модифицированного диоксида кремния | |
RU2269550C2 (ru) | Состав для получения композиционного герметизирующего материала | |
RU2675520C1 (ru) | Полимерный материал триботехнического назначения на основе политетрафторэтилена | |
RU2228347C1 (ru) | Композиционный триботехнический материал | |
RU2688517C1 (ru) | Антифрикционная полиамидная композиция | |
RU2265037C1 (ru) | Композиционный триботехнический материал | |
Petrovich et al. | Development and tribological properties of polymer composites | |
RU2106371C1 (ru) | Композиция для антифрикционного материала | |
Ramadan | Tribological properties of epoxy reinforced by randomly oriented chopped carbon fibers |