RU2287539C1

RU2287539C1 - Polyurethane composition for articles with antifriction property

Info

Publication number: RU2287539C1
Application number: RU2005129830/04A
Authority: RU
Inventors: Василий Михайлович Зиновьев (RU); Василий Михайлович Зиновьев; Любовь Ивановна Зрайченко (RU); Любовь Ивановна Зрайченко; Геннадий Васильевич Куценко (RU); Геннадий Васильевич Куценко; Мари Александровна Лузина (RU); Мария Александровна Лузина
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2006-11-20

Abstract

FIELD: polymers.

SUBSTANCE: invention relates to polyurethane compositions designated for making abrasion-resistant articles possessing antifriction properties. The composition comprises polyoxytetramethylene glycol with molecular mass 1000 Da, 2,4-toluylenediisocyanate, liquid hardening agent as solution of 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane in polyoxytetramethylene glycol with molecular mass 1000 Da and low-molecular silicon rubber SKTN (7-10%). Invention provides preparing elastoplastics possessing the low friction coefficient (0.22-0.24) and high physical-mechanical indices.

EFFECT: improved and valuable properties of composition.

2 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к полиуретановым композициям, предназначенным в качестве конструкционных материалов для изготовления износостойких изделий, обладающих антифрикционными свойствами (низким коэффициентом трения).The invention relates to polyurethane compositions intended as structural materials for the manufacture of wear-resistant products with antifriction properties (low coefficient of friction).

Полиуретановые эластомеры относятся к материалам с высокой износостойкостью, широким диапазоном физико-механических характеристик и высоким коэффициентом трения (0,92-0,95). Для улучшения антифрикционных свойств полиуретановые эластомеры подвергают химической или физической модификации.Polyurethane elastomers are materials with high wear resistance, a wide range of physical and mechanical characteristics and a high coefficient of friction (0.92-0.95). To improve the antifriction properties, polyurethane elastomers are subjected to chemical or physical modification.

Известны полиуретановые компаунды марок "Вилад 13-1" и "Вилад 14" с введенными антифрикционными добавками (фторолон 4 и графит), снижающими коэффициент трения композиции с 0,92 до 0,4-0,44 и с 0,65 до 0,3-0,35, соответственно [Пластические массы, 1985, №8, с.31-33].Known polyurethane compounds of the brands "Vilad 13-1" and "Vilad 14" with added anti-friction additives (fluorolone 4 and graphite) that reduce the friction coefficient of the composition from 0.92 to 0.4-0.44 and from 0.65 to 0, 3-0.35, respectively [Plastics, 1985, No. 8, p.31-33].

Недостатком приведенных композиций является то, что низкий коэффициент трения обеспечивается при введении 15-20% антифрикционного наполнителя, но при таком наполнении ухудшаются прочностные характеристики композиции.The disadvantage of the above compositions is that a low coefficient of friction is ensured by the introduction of 15-20% antifriction filler, but with this filling, the strength characteristics of the composition deteriorate.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является полиуретановая композиция, включающая форполимер СКУ-ПФЛ-100, отвердитель 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан (Диамет X) и порошкообразный модификатор, в качестве которого использован вольфрам (20 и 50%) [Пластические массы, 1987, №12, с.31-34] - прототип. При наполнении СКУ-ПФЛ-100 до 90% удается понизить коэффициент трения до 0,2. Вольфрам вводится на стадии полиуретанообразования в смесь полиокситетраметиленгликоля и 2,4-толуилендиизоцианата.The closest to the invention in terms of technical nature and the achieved result is a polyurethane composition comprising a SKU-PFL-100 prepolymer, hardener 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane (Diameter X) and a powdery modifier, which is used as tungsten ( 20 and 50%) [Plastics, 1987, No. 12, p.31-34] - prototype. When filling SKU-PFL-100 to 90%, it is possible to lower the coefficient of friction to 0.2. Tungsten is introduced at the stage of polyurethane formation into a mixture of polyoxytetramethylene glycol and 2,4-toluene diisocyanate.

Недостатком композиции является снижение уровня физико-механических характеристик при растяжении при введении наполнителя-модификатора (пример табл.2). Так, при требовании к эластомеру СКУ-ПФЛ-100 (ТУ 38-103137-78) к пределу прочности при растяжении не менее 38 МПа последний снижается при наполнении вольфрамом (50%) до 26 МПа, а относительное удлинение при разрыве при норме не менее 380% снижается до 100%. При введении 20% вольфрама физико-механические характеристики ухудшаются менее значительно (предел прочности при разрыве 32,3 МПа, относительное удлинение - 260%), однако коэффициент трения при этом равен 0,3.The disadvantage of the composition is a decrease in the level of physical and mechanical characteristics under tension with the introduction of a filler-modifier (example table 2). So, when SKU-PFL-100 (TU 38-103137-78) requires elastomer to have a tensile strength of at least 38 MPa, the latter decreases when filling with tungsten (50%) to 26 MPa, and the elongation at break at a rate of at least 380% is reduced to 100%. With the introduction of 20% tungsten, the physical and mechanical characteristics deteriorate less significantly (tensile strength at break 32.3 MPa, elongation 260%), but the friction coefficient is 0.3.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание полиуретановой композиции, обладающей высокими антифрикционными (низкий коэффициент трения) и физико-механическими характеристиками.The technical task of the invention is the creation of a polyurethane composition having high antifriction (low coefficient of friction) and physico-mechanical characteristics.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемая композиция, состоящая из полиокситетраметиленгликоля с молекулярной массой 1000, 2,4-толуилендиизоцианата, содержит дополнительно низкомолекулярный силоксановый каучук СКТН и отверждается раствором Диамета Х в полиокситетраметиленгликоле с молекулярной массой 1000, взятых в мольном соотношении 4:1, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:The problem is solved due to the fact that the proposed composition, consisting of polyoxytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000, 2,4-toluene diisocyanate, additionally contains low molecular weight siloxane rubber SKTN and is cured with a solution of Diamett X in polyoxytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000, taken in molar ratio: 4 in 1 mol , in the following ratio of components, parts by weight:

полиокситетраметиленгликольpolyoxytetramethylene glycol с молекулярной массой 1000with a molecular weight of 1000 73,573.5 2,4-толуилендиизоцианат2,4-toluene diisocyanate 26,526.5 низкомолекулярный силоксановыйlow molecular weight siloxane каучук СКТНSKTN rubber 7-107-10 отвердитель:hardener: 3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane 14,114.1 полиокситетраметиленгликольpolyoxytetramethylene glycol с молекулярной массой 1000with a molecular weight of 1000 13,213,2

Техническим результатом изобретения является получение антифрикционного материала с низким коэффициентом трения (0,2) и физико-механическими характеристиками, значительно превышающими уровень характеристик прототипа (таблицы 1, 2).The technical result of the invention is to obtain anti-friction material with a low coefficient of friction (0.2) and physico-mechanical characteristics significantly exceeding the level of characteristics of the prototype (tables 1, 2).

При реализации изобретения использовались компоненты, соответствующие следующей технической документации:When implementing the invention, components were used that correspond to the following technical documentation:

полиокситетраметиленгликоль с молекулярной массой 1000 - ТУ 6-02-646-81polyoxytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000 - TU 6-02-646-81

2,4-толуилендиизоцианат - ТУ 113-38-95-902,4-toluene diisocyanate - TU 113-38-95-90

низкомолекулярный силоксановый каучук СКТН - ГОСТ 13835-73low molecular weight siloxane rubber SKTN - GOST 13835-73

Диамет Х (3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан) - ТУ 6-14-980-84Diameter X (3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane) - TU 6-14-980-84

Пример 1. 150 г полиокситетраметиленгликоля с молекулярной массой 1000 и 6,12 г низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН загружают в реактор и перемешивают при (80-90)°С и остаточном давлении не более 20 мм рт.ст. в течение 5-7 часов. Затем при температуре (55±5)°С и интенсивном перемешивании вводят в реактор 54 г 2,4-толуилендиизоцианата и выдерживают реакционную смесь при (80±5)°С и остаточном давлении не более 20 мм рт.ст. в течение 2-3 часов. В полученный форполимер при 60°С добавляют 55,7 г раствора Диамета Х в полиокситетраметиленгликоле с молекулярной массой 1000, перемешивают в течение 3-5 минут при остаточном давлении не более 20 мм рт.ст., заливают в формы и отверждают при (110-120)°С в течение 24 ч.Example 1. 150 g of polyoxytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000 and 6.12 g of low molecular weight siloxane rubber SKTN is loaded into the reactor and stirred at (80-90) ° C and a residual pressure of not more than 20 mm Hg within 5-7 hours. Then, at a temperature of (55 ± 5) ° С and vigorous stirring, 54 g of 2,4-toluene diisocyanate are introduced into the reactor and the reaction mixture is kept at (80 ± 5) ° С and a residual pressure of not more than 20 mm Hg. within 2-3 hours. 55.7 g of a solution of Diamet X in polyoxytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000 are added to the obtained prepolymer at 60 ° C, stirred for 3-5 minutes at a residual pressure of not more than 20 mm Hg, poured into molds and cured at (110- 120) ° C for 24 hours

Примеры 2-5. Аналогичны примеру 1 при соотношениях реагентов, представленных в табл.1.Examples 2-5. Similar to example 1 with the ratios of the reagents presented in table 1.

В таблице 1 приведена рецептура полиуретановых композиций, а в таблице 2 - сравнительные физико-механические характеристики полученных полиуретановых эластомеров.Table 1 shows the formulation of the polyurethane compositions, and in table 2 the comparative physical and mechanical characteristics of the obtained polyurethane elastomers.

Из представленных в таблицах данных следует, что наиболее высокий уровень физико-механических характеристик и низкий коэффициент трения композиции обеспечивается при соотношении компонентов в примерах 3 и 4, содержание низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН в которых составляет от 7 до 10 мас.ч. Изменение содержания низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН в составе композиции в ту или другую сторону (примеры 1, 2, 5) приводит к ухудшению тех или иных характеристик. Так содержание низкомолекулярного силоксанового каучука СКТН менее 7 мас.ч. не позволяет получить композицию с коэффициентом трения менее 0,30, а при вводе 15 мас.ч. каучука наблюдается его выпотевание на отвержденной поверхности эластомера.From the data presented in the tables it follows that the highest level of physicomechanical characteristics and a low coefficient of friction of the composition are provided when the ratio of the components in examples 3 and 4, the content of low molecular weight siloxane rubber SKTN in which is from 7 to 10 wt.h. Changing the content of low molecular weight siloxane rubber SKTN in the composition in one direction or another (examples 1, 2, 5) leads to the deterioration of certain characteristics. So the content of low molecular weight siloxane rubber SKTN less than 7 wt.h. does not allow to obtain a composition with a coefficient of friction of less than 0.30, and when you enter 15 wt.h. the rubber is sweating out on the cured surface of the elastomer.

В результате реализации предлагаемого изобретения удается получить полиуретановую композицию, превосходящую прототип по комплексу характеристик, приведенных в таблице 2, и имеющую при температуре испытания 20°СAs a result of the implementation of the present invention, it is possible to obtain a polyurethane composition that exceeds the prototype in terms of the set of characteristics shown in table 2, and having a test temperature of 20 ° C

предел прочности при растяжении, МПаtensile strength, MPa 35,7-36,635.7-36.6 относительное удлинение при растяжении, %elongation in tension,% 530-560530-560 коэффициент тренияcoefficient of friction 0,22-0,240.22-0.24

Таблица 2table 2 Наименование показателейThe name of indicators ПрототипPrototype Примеры по изобретениюExamples of the invention 1one 22 33 4four 55 Предел прочности при растяжении, МПаTensile Strength, MPa 26,026.0 39,839.8 38,538.5 35,735.7 36,636.6 23,223,2 Относительное удлинение при разрыве, %Elongation at break,% 100one hundred 510510 500500 560560 530530 610610 Коэффициент тренияCoefficient of friction 0,200.20 0,520.52 0,380.38 0,240.24 0,220.22 0,200.20

Claims

A polyurethane composition for articles with antifriction properties, including polyoxytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000, 2,4-toluene diisocyanate and hardener 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane, characterized in that it additionally contains low molecular weight SKTN siloxane rubber and as hardener liquid hardener in the form of a solution of 3,3'-dichloro-4,4'-diaminodiphenylmethane in polyoxytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000, in the following ratio, wt.h .:

Polyoxytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000 73.5 2,4-Toluene diisocyanate 26.5 Low molecular weight siloxane rubber SKTN 7-10 hardener: 3,3'-Dichloro-4,4'diaminodiphenylmethane 14.1 Polyoxytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000 13,2